CN107336847B - 一种卫星控制力矩陀螺群安装结构 - Google Patents
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Abstract
一种卫星CMG群安装结构，属于航天器结构技术领域，所述卫星CMG群安装结构包括底座、多个侧板及至少一个顶板；所述侧板上设有CMG安装接口及CMG避让孔，所述至少三个侧板连接形成棱台结构，所述侧板的底部与所述底座连接，所述侧板的顶部与所述顶板连接。该CMG群安装结构实现了CMG群的集中安装，便于减振系统整体设计，该结构扩展性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种卫星CMG群安装结构，属于航天器结构技术领域，适用于卫星上多个CMG群的一体化安装。
背景技术
卫星在轨运行时需要利用控制力矩陀螺(Control Moment Gyro，CMG)群来实现姿态控制，常见的CMG群包括控制力矩陀螺及动量轮等。
当CMG数量较少，常以分散形式独立安装于星上不同位置。此时，需要针对安装部位的结构进行特殊设计，以满足CMG群安装强度及刚度要求。在卫星发射段，由于力学环境苛刻，安装结构往往需要进行特殊加强设计，以避免出现CMG群响应过大的问题，CMG群采用分散形式独立安装这就直接导致局部结构重量增加，同时对周围结构的抗力学环境设计也会产生一定影响。
近年来，在发展迅速的军事遥感卫星领域，为满足卫星较高的姿态机动需求，无论是控制力矩陀螺还是动量轮，数量比常规卫星有所增加，一般都在五个以上。若采用以往的分散安装形式，则对局部结构的加强设计带来较大难度，且会显著影响到整星的布局设计。同时，为满足军用卫星高分辨率相机成像精度要求，需要针对CMG群的支撑环节进行减隔振设计，以降低CMG群工作时产生的扰动对整星姿态的影响。此时由多个CMG构成的CMG群如果仍采用分散形式安装则需要对各自进行单独的减隔振设计，则不利于顺利实现整星布局、局部结构设计、减隔振设计以及结构轻量化设计，且无法实现卫星减隔振系统的一体化设计。
综上，传统的CMG群分散独立安装形式及其安装结构设计具有以下不足：
(1)需要对每个CMG群的安装部位进行各自加强设计，导致结构增重过大，且影响到安装部位周边结构设计。
(2)需要对CMG群相应的电缆布局进行单独设计，则其安装及拆卸等对星上影响范围较大。
(3)CMG群的减隔振设计需要单独设计，导致减隔振系统重量增加且不利于减隔振系统的整体设计。
(4)当CMG群数量变化时，会直接影响卫星整星布局设计，即分散式安装相应安装结构无法实现可扩展设计。
发明内容
本发明的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提供了一种卫星CMG群安装结构，实现了CMG群的集中安装，便于减振系统整体设计，该结构扩展性好。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种卫星CMG群安装结构，其特征在于，包括底座、多个侧板及至少一个顶板；所述侧板上设有CMG安装接口及CMG避让孔，所述多个侧板两两连接围拢，所述侧板的底部与所述底座连接，所述侧板的顶部与所述顶板连接。
在一可选实施例中，所述顶板为多边形结构，各边分别与所述多个侧板连接。
在一可选实施例中，包括五个所述侧板，所述侧板为轴对称结构，所述侧板与所述底座的夹角为50°-60°。
在一可选实施例中，包括六个所述侧板，所述侧板为轴对称结构，其中五块所述侧板与所述底座的锐角夹角为50°-60°，剩下的一块所述侧板与所述底座夹角为90°。
在一可选实施例中，所述侧板上还设有电缆卡安装接口。
在一可选实施例中，所述侧板上还设有电缆穿行开口。
在一可选实施例中，所述顶板和多个侧板通过焊接连接。
在一可选实施例中，所述侧板与所述底座的中部通过第一连接件和第二连接件连接，所述侧板与所述底座的边角部位通过第三连接件连接；所述第一连接件为钝角型角盒结构，所述第二连接件为与所述第一连接件匹配的锐角型角盒结构，所述第一连接件和所述第二连接件分别位于所述侧板的两侧，所述第三连接件为角块结构；所述连接件通过螺纹固定件分别于所述侧板和所述底座连接。
在一可选实施例中，所述连接件表面均经过磷酸阳极化处理，且分别于所述侧板和所述底座进行胶接。
在一可选实施例中，CMG避让孔包括第一避让孔和第二避让孔，所述第一避让孔位于所述侧板中上部，用于避让CMG转子系统的外轮廓，所述第二避让孔位于所述侧板的底部，用于避让CMG转子配套组件的外轮廓。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
能够同时提供星上多个CMG的安装接口，可满足多个CMG各自相应的初始矢量方向角度要求，并可保证满足卫星发射及在轨运行等各个阶段的力学载荷。
通过一体化设计，可满足星上CMG群的模块化管理，便于CMG群的整体安装等各种操作，同时可满足星上CMG群的统一减隔振设计需求。
CMG群安装接口位置相对集中，由侧板结构提供，通过改变侧板数量，可实现对于不同数量的CMG的安装需求，可扩展性强。
通过结构轻量化设计，实现结构较好的开敞性，对于CMG群各种初始矢量方向角度条件下的安装及其相关电缆布置具有较好的适应性。
附图说明
图1a为本发明实施例提供的一种CMG群安装结构示意图；
图1b为典型的包含5个CMG且初始矢量角(CMG矢量方向与卫星纵轴夹角)完全一致卫星CMG群构型图；
图2为本发明实施例提供的侧板结构示意图；
图3为本发明实施例提供的底座结构示意图；
图4为图1a的A-A方向剖视图；
图5为图4的B-B方向剖视图；
图6为图1a的C-C方向剖视图；；
图7a为本发明实施例提供的另一种CMG群安装结构示意图；
图7b为典型的包含6个CMG且矢量角不完全一致的卫星CMG群构型图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1a，本发明实施例提供了一种卫星CMG群安装结构，包括底座1、多个侧板2及至少一个顶板3；侧板2上设有CMG安装接口7(图2所示上下共4处)及CMG避让孔，多个侧板2两两连接围拢形成棱台结构或类似棱台的几何结构，侧板2的底部与底座1连接，侧板2的顶部与顶板3连接。
具体地，图2为本发明实施例提供的侧板结构示意图，其中D-D为CMG安装接口剖视图。参见图2，侧板2为等腰梯形或类似等腰梯形的轴对称结构，多个侧板2的侧边与侧边连接，形成棱台结构，侧板2的数量可以根据CMG群包含的CMG数量确定，侧板2的倾斜角度可以根据其固定的CMG的初始矢量角确定，例如，CMG的初始矢量方向与卫星纵轴夹角为35°，侧板2的上底角的角度为55°，侧板2围成棱台后的倾斜角为57.6°。
本发明实施例中，为了便于CMG的安装，侧板2上还设有电缆卡安装接口8及电缆穿行开口12，其数量与尺寸规格均可根据电缆布局进行适应性设计。底座1根据传力特性设计成框架形式，且顶板3为镂空结构，上述结构对于CMG群各种初始矢量方向角度条件下的安装及其相关电缆布置具有较好的适应性。
多个侧板2之间可以通过焊接、螺接、胶接或一体成型等方式连接，本发明实施例中采用焊接方式连接。通过将侧板2做成独立的个体，便于侧板2的批量化生产，提高了生产效率，通过焊接的方式将侧板2连接在一起，保证了相邻两侧板之间的连接强度，从而提高了整个装置的支撑强度。
具体地，图3为本发明实施例提供的底座结构示意图，图中仅示意了部分安装接口，参见图3，本发明实施例中，底座1为板状结构，底座1上设有卫星本体安装接口，用于与卫星本体连接，侧板2可以通过焊接、螺接、胶接或一体成型等方式与底座1连接，本发明实施例中采用胶接与螺纹连接结合的方式实现底座1与侧板2的连接。通过将侧板2与底座1加工成独立个体，便于侧板2与底座1的批量化生产，提高了生产效率，通过胶接提高了侧板2与底座1的连接强度，通过螺纹连接底座1和侧板2便于底座1和侧板2的拆卸安装，提高了底座1的适配性，扩大了底座1的适用范围。
具体地，本发明实施例中侧板2可以通过焊接、螺接、一体成型等方式与顶板3连接。本发明实施例中顶板3为多边形结构，且顶板3的形状与侧板2形成的棱台的上端开口的形状匹配，顶板3的边与侧板2的上底边连接，成为棱台的上底。上述结构既保证了顶板3、侧板2及底座1连接为一部分，共同承受CMG群所带来的力学载荷，又避免了顶板3结构冗余带来的材料浪费，节约了制造成本。本发明实施例中，顶板3与侧板2通过焊接的方式连接。通过将顶板3做成独立的个体，便于顶板3的批量化生产，提高了生产效率，通过焊接的方式将侧板2与顶板3连接在一起，保证了侧板2与顶板3之间的连接强度，从而提高了整个装置的支撑强度。
参见图1a和1b，在本发明的一可选实施例中，所述CMG群安装结构包括五个侧板2，依据CMG初始矢量角设计范围，侧板2与底座1的夹角优选为50°-60°，此时结构整体刚度较好，且设计重量代价较小；在其他实施例中，侧板2与底座1的夹角可以依据CMG矢量角进行相应设计。
参见图7a和7b，在本发明的一可选实施例中，所述CMG群安装结构包括六个所述侧板，依据CMG初始矢量角设计范围，其中五块侧板2与底座1的夹角优选为50°-60°，此时结构整体刚度较好，且设计重量代价较小，特殊设计的0°初始矢量角的CMG对应的侧板2与底座1夹角为90°，该侧板2可以与其他五块侧板2结构相同，通过转接件与相邻的两个侧板2连接，还可以与其他五块侧板2结构不同，如图7a所示，该侧板2可以为两侧具有翻边的类似簸箕的结构；在其他实施例中，侧板2与底座1的夹角可以依据CMG初始矢量角进行相应设计。
本发明实施例提供的CMG群安装结构，具有以下有益效果：
能够同时提供星上多个CMG的安装接口，可满足多个CMG各自相应的初始矢量方向角度要求，并可保证满足卫星发射及在轨运行等各个阶段的力学载荷。
通过一体化设计，可满足星上CMG群的模块化管理，便于CMG群的整体安装等各种操作，同时可满足星上CMG群的统一减隔振设计需求。
CMG群安装接口位置相对集中，由侧板结构提供，通过改变侧板数量，可实现对于不同数量的CMG的安装需求，可扩展性强。
依据结构传力特性进行结构轻量化设计，实现结构较好的开敞性，对于CMG群各种初始矢量方向角度条件下的安装及其相关电缆布置具有较好的适应性。
以下为本发明的一具体实施例：
如图1a所示，本发明实施例提供的CMG群安装结构适应5个控制力矩陀螺及相应初始矢量方向角度，见图1a，CMG群安装结构包括1件底座1、5件侧板2、1件顶板3。侧板2与顶板3焊接后再整体与底座1通过胶接与螺接结合的方式连接。
首先，侧板2、顶板3、底座1及各类连接件，包括第一连接件4、第二连接件5及第三连接件6均采用机械加工方法加工到位，其中：
参见图2，侧板2为类似等边梯形板，由底角为67.4°的等边梯形板组成，为使得侧板组成的包络尽可能小，对侧板形成的尖角进行适当去除，去除原则为不超过底座包络；侧板2的中部靠上的位置设有圆形的第一CMG避让开口10，用于避让CMG转子系统的外轮廓，侧板2底部中轴位置处设有矩形的第二CMG避让开口11，用于避让转子配套组件的外轮廓；侧板2上共设有4个CMG安装接口7(如图2所示)，4个CMG安装接口7相对于第一CMG避让开口10的两个轴线对称，设置在第一CMG避让开口10的上下两侧；侧板2设有与CMG群配套的固定电缆用的4个电缆卡安装接口8及2个电缆穿行开口12，2个电缆穿行开口12对称设置在侧板2的底部，4个电缆卡安装接口8靠近侧板2的两条侧边的位置设置；侧板2的底部还设有6个底座结构安装接口9；
参见图3，底座1为不等边八边形板状结构，底座1设有卫星本体的安装接口13以及侧板安装接口14；底座1非承重位置设有多个减轻口；
参见图4-6，侧板2与底座1的中部通过第一连接件4和第二连接件5固定连接；侧板2与底座1的边角部位通过第三连接件6固定连接；具体地，第一连接件4为钝角型的角盒结构，为提高连接刚度，角盒两侧设计有连接筋，通过螺钉分别与侧板2及底座1连接；第二连接件5为锐角型的角盒结构，为提高连接刚度，角盒两侧设计有连接筋，第二连接件5的锐角与第一连接件4的钝角互补，第二连接件5和第一连接件6两两相对，且分别位于侧板2的两侧，通过螺钉分别与侧板2及底座1连接；第三连接件6为角块式结构，同时提供与侧板2及底座1的螺纹连接接口，通过螺钉分别与侧板2及底座1连接。上述三类连接件实现底座1与侧板2的连接，并满足安装接口及承载要求；本发明实施例中，连接件(第一连接件4、第二连接件5及第三连接件6)表面均经过磷酸阳极化处理，在装配之前采用Redux420胶粘剂与底座1及侧板2分别进行常温固化胶接。
然后，侧板2和顶板3分别进行两两焊接，焊接时共包括10条角焊缝。
最后，根据侧板2上提供的CMG安装接口7，即可实现5件CMG与安装结构的有效连接。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。所述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的人员可以对所述的具体实施例做不同的修改或补充或采用类似的方式代替，但不偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
Claims (7)
1.一种卫星控制力矩陀螺群安装结构，其特征在于，包括底座、多个侧板及至少一个顶板；所述侧板上设有控制力矩陀螺安装接口及控制力矩陀螺避让孔，所述多个侧板两两连接围拢，所述侧板的底部与所述底座连接，所述侧板的顶部与所述顶板连接，所述侧板的倾斜角度根据固定的控制力矩陀螺的初始矢量角确定，所述顶板为镂空结构，所述控制力矩陀螺避让孔包括第一避让孔和第二避让孔，所述第一避让孔位于所述侧板中上部，用于避让控制力矩陀螺转子系统的外轮廓，所述第二避让孔位于所述侧板的底部，用于避让控制力矩陀螺转子配套组件的外轮廓，所述侧板上还设有电缆卡安装接口和电缆穿行开口。
2.根据权利要求1所述的卫星控制力矩陀螺群安装结构，其特征在于，所述顶板为多边形结构，各边分别与所述多个侧板连接。
3.根据权利要求1所述的卫星控制力矩陀螺群安装结构，其特征在于，包括五个所述侧板，所述侧板为轴对称结构，所述侧板与所述底座的夹角为50°-60°。
4.根据权利要求1所述的卫星控制力矩陀螺群安装结构，其特征在于，包括六个所述侧板，单个所述侧板为轴对称结构，其中五块所述侧板与所述底座的锐角夹角为50°-60°，剩下的一块所述侧板与所述底座夹角为90°。
5.根据权利要求1-4任一项所述的卫星控制力矩陀螺群安装结构，其特征在于，所述顶板和多个侧板通过焊接连接。
6.根据权利要求1-4任一项所述的卫星控制力矩陀螺群安装结构，其特征在于，所述侧板与所述底座的中部通过第一连接件和第二连接件连接，所述侧板与所述底座的边角部位通过第三连接件连接；所述第一连接件为钝角型角盒结构，所述第二连接件为与所述第一连接件匹配的锐角型角盒结构，所述第一连接件和所述第二连接件分别位于所述侧板的两侧，所述第三连接件为角块结构；所述第一连接件通过螺纹固定件分别与所述侧板和所述底座连接，所述第二连接件通过螺纹固定件分别与所述侧板和所述底座连接，所述第三连接件通过螺纹固定件分别与所述侧板和所述底座连接。
7.根据权利要求6所述的卫星控制力矩陀螺群安装结构，其特征在于，所述第一连接件、第二连接件和第三连接件表面均经过磷酸阳极化处理，且分别与所述侧板和所述底座进行胶接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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