CN107331940B - 适应星载大阵面天线h型安装的反对称高刚度混合结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构，其包括桁架和板式结构两部分且整体呈反对称的多层构型形式，自下而上一共分为三层，由四层接头、三层杆系和若干板式结构组成，通过桁架和板式结构连接形成整体封闭结构；其中，桁架由接头和杆系组成，杆系包括方梁和圆杆；杆系通过与接头刚性连接形成桁架，利用接头安装底座和接头、方梁连接后形成的组合平面构成桁架四周及顶底部的对外安装平面，桁架内部由圆杆斜撑；板式结构由下层板、中层板、上层板、隔板组成；下层板中心圆环区域上下两面均存在刚性连接关系。本发明能够提供适应星载大阵面天线H型安装的高刚度结构系统，有利于保证应用该混合结构的卫星的整体刚度。

Description

适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构

技术领域

本发明涉及一种反对称高刚度桁架混合结构，特别是涉及一种适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构。

背景技术

随着航天技术的快速发展，星载大阵面可展开天线越来越多的应用到卫星上。这类大阵面可展开天线通常采用在轨展开拼接的方式实现其功能，而在发射过程中则采用折叠收拢的方式安装在卫星结构上。卫星在构型设计阶段需根据这类天线特性和使用需求对天线安装方式及安装结构进行设计，而呈H型构型的星载大阵面可展开天线是其中较为常见的一种。这种呈H型构型天线的特点是：天线布局于卫星星体最外侧，周围可能与之产生干涉和冲突的部件几乎没有，极大的便于阵面在轨展开拼接。但由于这类天线通常自身重量、物理尺寸和机械接口尺寸均较大，为了既保证卫星整体刚度，满足在发射主动段天线的动响应环境的控制和使用要求，又能够适应大阵天线安装机械接口，需采用高刚度承载结构作为天线的安装结构，因此，通常会采用高刚度桁架结构作为天线的安装结构，确保既满足卫星主动段期间刚度要求和动响应控制要求，又便于天线布局和机械结构的安装。

在保证大阵面天线布局和安装的基础上，需兼顾星上其他设备的安装，因此，需同步提供相应的安装面供星上设备安装，这种需求通常表现为板式结构。因而，本发明结合高刚度桁架结构和板式结构，就形成了高刚度桁架混合结构。通常将桁架结构作为整体结构的主承载结构，为大阵面天线提供安装和支撑；将板式结构作为整体结构的辅承载结构，为星上其他设备提供安装面。在设计过程中，充分考虑部件装配、精度保证等情况，将桁架结构和板式结构耦合设计，既发挥桁架结构的高刚度特点，又发挥板式结构法向刚度高的优点，进一步提高整体结构的刚度，减小二者独立设计带来的重量冗余，同时通过局部的耦合绞连，增强了结构内部的局部刚度，利于局部星上设备的安装。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构，其提供了适应星载大阵面天线H型安装的高刚度结构系统，有利于保证应用该结构系统的卫星的整体刚度。

根据本发明的一个方面，提供一种适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构，其特征在于，所述适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构包括桁架和板式结构两部分且整体呈反对称的多层构型形式，自下而上一共分为三层，由四层接头、三层杆系和若干板式结构组成，通过桁架和板式结构连接形成整体封闭结构；其中，桁架由接头和杆系组成，杆系包括横截面形式为80mm×80mm的方梁和横截面形式为Φ60mm的圆杆；杆系通过与接头刚性连接形成桁架，利用接头自身安装底座和接头、方梁连接后形成的组合平面构成桁架四周及顶部、底部的对外安装平面，桁架内部由圆杆斜撑；板式结构由下层板、中层板、上层板、隔板组成；下层板中心圆环区域上下两面均存在刚性连接关系，该圆环区域下面与至少一个中心承力筒刚性连接，该圆环区域上面与桁架结构根部居中的八个接头刚性连接，桁架根部分布于四角的四个接头通过接头底座与下层板的上面刚性连接；中层板作为混合结构的过渡区域，上下面均通过桁架接头底座与桁架接头刚性连接；上层板上面与由接头和方梁组成的环梁刚性连接；隔板与方梁、下层板、中层板、上层板刚性连接。

优选地，所述适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构通过混合结构的接头、方梁连接后形成的组合平面构成混合结构四周及顶部、底部的对外安装平面，大阵面天线通过这些安装平面安装在混合结构的两侧。

优选地，所述贴近上层板上表面的桁架接头和方梁刚性连接形成呈日字形的封闭环形区域且提供上层板安装的安装面，上层板上面通过该安装面与封闭环形区域内的接头和方梁刚性连接。

优选地，所述适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构的桁架根部居中的四个三通接头和四个一通接头均匀分布在圆环上，且每个三通接头上均连接有三根呈斜撑状态的圆杆。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

一、反对称高刚度混合结构整体呈反对称的多层构型形式，自下而上一共分为三层，具体由四层接头、三层杆系和若干板式结构组成，通过桁架和板式结构连接形成的混合结构整体呈封闭状态；利用方梁和接头的自身的平面以及方梁、接头刚性连接后形成的组合平面构成混合结构四周及顶部底部的对外安装平面，且对外安装平面处于混合结构的最外侧，能够灵活适应星载大阵面天线H型安装的需求；

二、在保证大阵面天线布局和安装的基础上，采用板式结构兼顾星上其他设备的安装，同步提供相应的安装面供星上设备安装。高刚度桁架结构和板式结构耦合刚性连接形成高刚度混合结构。将桁架结构作为混合结构的主承力结构，为H型布局的大阵面天线提供安装和支撑；将板式结构作为整体结构的辅承载结构，为星上其他设备提供安装面。二者的耦合刚性连接，既发挥桁架结构的高刚度特点，又发挥板式结构法向刚度高的优点，减小二者独立设计带来的重量冗余的同时进一步提高整体结构的刚度，既保证了大阵面天线布局和机械结构的安装，又确保满足卫星主动段期间刚度要求和动响应控制要求；

三、下层板中心圆环区域上下两面均存在刚性连接关系，该圆环区域下面与至少一个中心承力筒刚性连接，该圆环区域上面与桁架结构根部居中的八个接头刚性连接，桁架根部分布于四角的四个接头通过接头底座与下层板的上面刚性连接；中层板作为混合结构的过渡区域，上下面均通过桁架接头底座与桁架接头刚性连接；上层板上面与由接头和方梁组成的环梁刚性连接。通过局部的耦合绞连，增强了结构内部的局部刚度，利于局部星上设备的安装。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构及大阵面天线安装示意图；

图2为本发明适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构各部分示意图。

图3为本发明适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构中桁架结构根部与下层板连接关系示意图。

图4为三通接头、圆杆等元件的结构示意图。

图5为本发明适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构中桁架结构与中层板连接关系示意图。

图6为本发明适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构中桁架结构与上层板连接关系示意图。

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至图6所示，本发明适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构包括桁架和板式结构两部分且整体呈反对称的多层构型形式，自下而上一共分为三层，由四层接头、三层杆系和若干板式结构组成，通过桁架和板式结构连接形成整体封闭结构；其中，桁架由接头4和杆系组成，杆系包括横截面形式为80mm×80mm的方梁5和横截面形式为Φ60mm的圆杆6；杆系通过与接头刚性连接形成桁架，利用接头自身安装底座和接头、方梁连接后形成的组合平面构成桁架四周及顶部、底部的对外安装平面，桁架内部由圆杆斜撑；板式结构由下层板7、中层板8、上层板9、隔板10组成；下层板中心圆环区域上下两面均存在刚性连接关系，该圆环区域下面与至少一个中心承力筒11刚性连接，该圆环区域上面与桁架结构根部居中的八个接头刚性连接，桁架根部分布于四角的四个接头通过接头底座与下层板的上面刚性连接；中层板作为混合结构的过渡区域，上下面均通过桁架接头底座与桁架接头刚性连接；上层板上面与由接头和方梁组成的环梁刚性连接；隔板与方梁、下层板、中层板、上层板刚性连接。

本发明适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构3通过提供混合结构的接头、方梁连接后形成的组合平面构成混合结构四周及顶部、底部的对外安装平面，大阵面天线通过这些安装平面安装在混合结构的两侧，能够灵活适应大阵面天线1的H型安装需求。

通过实际力学实验表明，本发明既能够满足这种呈H型构型天线的特点是：天线布局于卫星星体最外侧，周围可能与之产生干涉和冲突的部件几乎没有，极大的便于阵面在轨展开拼接。但由于这类天线通常自身重量、物理尺寸和机械接口尺寸均较大，为了既保证卫星整体刚度，满足在发射主动段天线的动响应环境的控制和使用要求，又能够适应大阵天线安装机械接口，需采用高刚度承载结构作为天线的安装结构，因此，通常会采用高刚度桁架结构作为天线的安装结构，确保既满足卫星主动段期间刚度要求和动响应控制要求，又便于天线布局和机械结构的安装。

本发明在保证大阵面天线布局和安装的基础上，需兼顾星上其他设备的安装，因此，需同步提供相应的安装面供星上设备安装，这种需求通常表现为板式结构。因而，结合高刚度桁架和板式结构，就形成了高刚度混合结构。通常将桁架作为整体结构的主承载结构，为大阵面天线提供安装和支撑；将板式结构作为整体结构的辅承载结构，为星上其他设备提供安装面。在设计过程中，充分考虑部件装配、精度保证等情况，将桁架和板式结构耦合设计，既发挥桁架的高刚度特点，又发挥板式结构法向刚度高的优点，进一步提高整体结构的刚度，减小二者独立设计带来的重量冗余，同时通过局部的耦合绞连，增强了结构内部的局部刚度，利于局部星上设备的安装。本发明确保既满足卫星主动段期间刚度要求和动响应控制要求，又便于天线布局和机械结构的安装。

所述适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构的桁架根部居中的四个三通接头13和四个一通接头12均匀分布在圆环上，且每个三通接头12上均连接有三根呈斜撑状态的圆杆14。

高刚度混合结构整体呈反对称的三层构型形式，通过桁架和板式结构耦合连接形成的混合结构整体封闭，充分发挥桁架和板式结构各自特点，系统性的提高了混合结构的整体刚度，有利于保证应用该混合结构的卫星的整体刚度；桁架利用接头与方梁连接后形成的组合平面构成桁架对外安装平面，提供平行的两个侧面供大阵面天线H型布局安装，且桁架各层高度可调，能够灵活适应大阵面天线的安装需求，便于天线刚性连接在接头部位；桁架根部居中的八个接头均匀分布，与下层板中心圆环区域刚性连接，作为均匀的传力支点，平滑地与下层板之下的圆柱形中心承力筒对接，同时，桁架根部周边四个接头与下层板刚性连接，并延伸至桁架最大包络处，对前述圆形区域内的8个接头连接形成的刚性区域形成包络支撑，共同形成桁架和下层板的刚度耦合；中层板作为混合结构的居中过渡部件，上下表面均与桁架接头底座刚性连接，而上层板则与由接头和方梁组成的呈“日字形”的封闭环梁刚性连接，在各层板上进行局部耦合，增强了系统局部的刚度，承接桁架根部与下层板耦合的基础上，为混合结构提供了刚性较好的构型延伸，进一步增强了混合结构的系统刚度。

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 (4)

1.一种适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构，其特征在于，所述适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构包括桁架和板式结构两部分且整体呈反对称的多层构型形式，自下而上一共分为三层，由四层接头、三层杆系和若干板式结构组成，通过桁架和板式结构连接形成整体封闭结构；其中，桁架由接头和杆系组成，杆系包括横截面形式为80mm×80mm的方梁和横截面形式为Φ60mm的圆杆；杆系通过与接头刚性连接形成桁架，利用接头自身安装底座和接头、方梁连接后形成的组合平面构成桁架四周及顶部、底部的对外安装平面，桁架内部由圆杆斜撑；板式结构由下层板、中层板、上层板、隔板组成；下层板中心圆环区域上下两面均存在刚性连接关系，该圆环区域下面与至少一个中心承力筒刚性连接，该圆环区域上面与桁架结构根部居中的八个接头刚性连接，桁架根部分布于四角的四个接头通过接头底座与下层板的上面刚性连接；中层板作为混合结构的过渡区域，上下面均通过桁架接头底座与桁架接头刚性连接；上层板上面与由接头和方梁组成的环梁刚性连接；隔板与方梁、下层板、中层板、上层板刚性连接。

2.根据权利要求1所述的适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构，其特征在于，所述适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构通过混合结构的接头、方梁连接后形成的组合平面构成混合结构四周及顶部、底部的对外安装平面，大阵面天线通过这些安装平面安装在混合结构的两侧。

3.根据权利要求1所述的适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构，其特征在于，所述桁架接头和方梁刚性连接形成呈日字形的封闭环形区域且提供上层板安装的安装面，上层板上面通过该安装面与封闭环形区域内的接头和方梁刚性连接。

4.根据权利要求1所述的适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构，其特征在于，所述适应星载大阵面天线H型安装的反对称高刚度混合结构的桁架根部居中的四个三通接头和四个一通接头均匀分布在圆环上，且每个三通接头上均连接有三根呈斜撑状态的圆杆。