CN106628259A - 串联式高刚度一体化承载结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联式高刚度一体化承载结构，该承载结构包括贮箱安装板和控制力矩陀螺安装板，所述贮箱安装板和控制力矩陀螺安装板通过高度可调的十字形腹板结构相连，所述承载结构安装于卫星中心承力筒内部，贮箱安装板和控制力矩陀螺安装板和十字形腹板结构分别与中心承力筒刚性连接。本发明在保证贮箱和控制力矩陀螺载荷平铺安装的需求的前提下，既充分发挥单个安装板自身结构刚度，又能充分利用十字形腹板或十字形腹框结构在单个安装板之间形成的联结作用，增强了该整体连续结构的系统刚度，避免了为保证单个安装板结构刚度需求而采取的加强措施，在结构全局层面上实现刚度保证和结构轻量化。

Description

串联式高刚度一体化承载结构

技术领域

本发明涉及航天器结构技术领域，具体是一种针对平铺式载荷安装的串联式高刚度一体化承载结构。

背景技术

针对卫星推进系统贮箱部件和姿轨控系统飞轮类部件等，通常需要在平铺式布局的条件下使用，与此同时这些部件自身重量较大，为保证在卫星发射主动段各部件的动响应环境满足使用要求，对安装部件的承载结构刚度要求较高。为充分卫星星体结构刚度较高的布局区域，同时节省星上载荷布局占用的包络空间，通常会利用卫星中心承力筒这一主承力结构的内部空间，需要将平铺式安装的贮箱和控制力矩陀螺群等都布局于卫星中心承力筒内部。

鉴于卫星中心承力筒多为柱形或柱锥形筒结构，采用平铺式布局安装的贮箱或者控制力矩陀螺群等所需的安装板通常为圆板形结构，采用周向约束的形式固定。这直接导致两方面的设计困难：

一是，由于需要适应贮箱和控制力矩陀螺平铺安装的需要，同时又需要保证安装板结构具备足够的结构刚度和强度，以承受火箭发射主动段期间卫星所承受的力学环境，而采用周向约束的安装板结构刚度较弱，使得为了增强安装板结构刚度，确保满足贮箱和控制力矩陀螺群等部件的力学环境要求而不得不采取的高安全裕度的结构设计，达到使安装板中心区域也能够具有足够的刚度的基本要求。这样的高安全裕度设计直接导致了结构设计的重量消耗非常大，带来相当可观的冗余重量；

二是，卫星中心承力筒内部可用的布局空间仅为Φ1167毫米×420毫米(高度方向)，载荷部件布局和安装都极其紧凑，与此同时，还需要综合考虑平铺安装的载荷能够适应卫星中心承力筒构型，具备部件安装、拆卸，设计精度保证、测量等工作实施的条件。

因此，在卫星结构轻量化设计的大趋势下，传统的载荷安装结构显然无法满足既要满足平铺式载荷部件拆装、精度实施等需求，又要在保证平铺载荷部件具备良好力学环境的前提下减小载荷安装结构的冗余重量的实际要求，亟需提出针对平铺式载荷安装需求的新型高刚度承载结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种串联式高刚度一体化承载结构，满足贮箱和控制力矩陀螺等具有平铺安装需求的高刚度承载结构，同时，能够满足卫星地面试验和星上总体装配的要求。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种串联式高刚度一体化承载结构，承载结构包括贮箱安装板和控制力矩陀螺安装板，所述贮箱安装板和控制力矩陀螺安装板通过高度可调的十字形腹板结构相连，所述承载结构安装于卫星中心承力筒内部，贮箱安装板和控制力矩陀螺安装板和十字形腹板结构分别与中心承力筒刚性连接。

优选地，所述贮箱安装板和控制力矩陀螺安装板均为圆形的平铺安装结构板，所述贮箱安装板上设置有两个圆形开孔，适应双贮箱平铺式安装，所述控制力矩陀螺安装板上设置有三个圆形开孔，适应于控制力矩陀螺群平铺式安装。

优选地，所述十字形腹板结构与贮箱安装板和控制力矩陀螺安装板刚性连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、将贮箱和控制力矩陀螺等具有平铺安装需求的载荷安装板通过十字形腹板串联起来，使贮箱安装板和控制力矩陀螺安装板由各自相对独立单板转变为整体串联连续结构，在保证贮箱和控制力矩陀螺载荷平铺安装的需求的前提下，既充分发挥单个安装板自身结构刚度，又能充分利用十字形腹板结构在单个安装板之间形成的联结作用，增强了该整体连续结构的系统刚度，避免了为保证单个安装板结构刚度需求而采取的加强措施，在结构全局层面上实现刚度保证和结构轻量化。

2、平铺式载荷安装板、十字形腹板结构均分别与中心承力筒侧壁连接，十字形腹板对载荷安装板之间空间进行了划分和封闭，使得载荷安装、十字形腹板以及中心承力筒之间形成了完整封闭的腔式结构，极大的增强了前述串联结构与中心承力筒的机械连接耦合关系，充分利用串联结构与中心承力筒的耦合刚度，进一步增强串联系统的结构刚度；

3、充分利用卫星中心承力筒内部上下贯通的空间，在部组件装配过程中，对上述串联式结构的各组成部分进行拆分并顺次装配至所需位置，装配完成后仍然形成整体结构，能够满足卫星各项地面试验和星上总体装配要求。

附图说明

图1为本发明实施例串联式高刚度一体化承载结构构型图。

图2为图1的爆炸图；

图3为本发明实施例串联式高刚度一体化承载结构的安装示意图。

图4为本发明一个具体实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1-图4所示，本发明实施例提供了一种串联式高刚度一体化承载结构，该承载结构1包括为贮箱安装板2和控制力矩陀螺安装板3以及十字形腹板结构4，贮箱安装板2和控制力矩陀螺安装板3在中心承力筒5内部呈一上一下分布，十字形腹板结构4位于贮箱安装板2和控制力矩陀螺安装板3之间，分别与贮箱安装板2和控制力矩陀螺安装板3刚性连接，使贮箱安装板2和控制力矩陀螺安装板3和十字形腹板结构4连接形成整体系统；同时，贮箱安装板2、控制力矩陀螺安装板3以及十字形腹板结构4又分别与中心承力筒5刚性连接，使前述一体化结构与中心承力筒在纵向和周向上均刚性连接。

所述贮箱安装板和控制力矩陀螺安装板均为圆形的平铺安装结构板，所述贮箱安装板上设置有两个圆形开孔，适应双贮箱6平铺式安装，所述控制力矩陀螺安装板上设置有三个圆形开孔，适应于控制力矩陀螺群7平铺式安装。

而针对该串联式高刚度一体化结构装配和精度保证等，主要为满足贮箱和控制力矩陀螺群的装配需要，首先通过贮箱装配工装和控制力矩陀螺群装配工装，将相应的载荷安装板固定并实施贮箱和控制力矩陀螺的装配。随后，利用相应的吊装输送工装，将贮箱安装板从中心承力筒5的上部开口采用吊装下沉的形式推送至中心承力筒内；利用相应的上推输送工装，将控制力矩陀螺群安装板从中心承力筒下部开口采用步进上推的形式推送至中心承力筒内。

本具体实施在进行结构部组件装配过程中，平铺式载荷安装板为单板状态，任选其中的载荷安装板先进性装配，随后将十字形腹板结构与载荷安装板和中心承力筒先后刚性装配，最后再将另一块的载荷安装板与十字形腹板和中心承力筒先后刚性装配。

需要特别强调的是，十字形腹板结构的具体形式可以选用三种安装方式，分别为：

1)腹板结构与贮箱安装板刚性连接后，随贮箱安装板整体下沉进入中心承力筒内；

2)腹板结构与控制力矩陀螺群安装板螺钉连接后，随控制力矩陀螺群安装板整体上推进入中心承力筒内；

3)十字形腹板结构与中心承力筒刚性连接后，贮箱安装板和控制力矩陀螺安装板分别下沉和上推至装配位置，再与十字形腹板结构刚性连接。

将贮箱安装板和控制力矩陀螺群安装板以及十字形腹板结构完成全部刚性连接后，三者即形成完整的一体式结构装配。

同时，通过下沉、上推等专用工装以及精度复位销等精度保证措施的实施，能够准确方便地将安装板、十字形腹板结构和中心承力筒的内部接口进行连接，既能够充分发挥现有结构的刚度特性，增强一体连接的系统结构刚度，又能够有效保证了的重复安装精度以及总装可操作性。

实际装配操作和整星力学实验表明，本发明既能够满足大质量平铺载荷对力学环境的苛刻要求，保证整体刚度需求，同时串联式高刚度一体化承载结构结构很好地解决了贮箱和控制力矩陀螺等在卫星上的装配、精度测量、使用和拆卸复位等困难，满足上述两种载荷的使用要求，为后续卫星的结构构型布局设计创造了一种新的设计方法，该发明在本领域内应用将十分广泛。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.一种串联式高刚度一体化承载结构，其特征在于：承载结构包括贮箱安装板和控制力矩陀螺安装板，所述贮箱安装板和控制力矩陀螺安装板通过高度可调的十字形腹板结构相连，所述承载结构安装于卫星中心承力筒内部，贮箱安装板和控制力矩陀螺安装板和十字形腹板结构分别与中心承力筒刚性连接。

2.根据权利要求1所述的串联式高刚度一体化承载结构，其特征在于：所述贮箱安装板和控制力矩陀螺安装板均为圆形的平铺安装结构板，所述贮箱安装板上设置有两个圆形开孔，所述控制力矩陀螺安装板上设置有三个圆形开孔。

3.根据权利要求1所述的串联式高刚度一体化承载结构，其特征在于：所述十字形腹板结构与贮箱安装板和控制力矩陀螺安装板刚性连接。