CN107505799B - 一种集中点式受力的载荷支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集中点式受力的载荷支撑结构，包括壳体、相机配装组件、遮光罩配装组件、卫星平台配装组件和加固组件；壳体为圆筒，壳体上分别设有法兰、凸缘和加固组件，法兰上分别设有相机配装组件和遮光罩配装组件，凸缘上设有卫星平台配装组件。本发明通过壳体、相机配装组件、遮光罩配装组件、卫星平台配装组件和加固组件的配合，提升了局部承载能力，弥补了传统载荷支撑结构局部承载能力较低的缺陷；通过设计相机配装组件、遮光罩配装组件、卫星平台配装组件和加固组件的构型，并采用粘接和螺接相互配合的安装方式，达到了将局部应力快速分散至壳体整体并传递至卫星平台，解决了传统载荷支撑结构局部受力快速分散成均布点受力较难的问题。

Description

一种集中点式受力的载荷支撑结构

技术领域

本发明涉及一种集中点式受力的载荷支撑结构，尤其适用于支撑高轨遥感卫星的主要载荷，属于空间飞行器小安装面内的载荷支撑结构技术领域。

背景技术

随着航天器的快速发展，高性能的载荷被越来越多应用在卫星上，在不断提升卫星性能的同时，有效载荷已成为卫星设计的功能核心，因此，新的卫星系统不再是在现有平台技术上布置载荷，而是由有效载荷来主导卫星平台的设计方向，甚至出现完全以有效载荷为中心的“星即是载、载即是星”的设计思路，遥感卫星就是典型的以相机或天线为主载荷设计的卫星。

遥感卫星的发展已经进入高轨卫星时代，但在高轨卫星研制的过程中所面临的主要困难之一是确保相机在静止轨道具有极高成像质量，相机成像质量受相机指向的稳定性和定位精度影响明显。由于轨道非常高，任何小的波动或者变形都会导致相机指向产生数米或者数十米的变化，这种变化必然导致成像质量下降，为最大程度减少相机光轴和星上高精度姿态测量部件的相对变化，抑制或消除平台对相机指向的影响，需要围绕相机开展相机/卫星一体化设计。

在相机/卫星一体化设计中，相机需安装在平台表面的载荷支撑结构上，为减小平台对相机的影响，需尽可能多的减少相机与载荷支撑结构的连接点，这就会导致连接点受较大的集中力，必然增大载荷支撑结构的设计难度。

现有技术中，遥感卫星相机或天线的规模不断变大，构造的复杂性不断提高，尤其在高轨遥感卫星领域，相机多为大口径(直径超过1m以上)、重量一般都超过500kg，随着相机指向精度要求的不断提高，导致相机与其承载结构的连接点必须减少，例如某高轨遥感卫星上安装一台重量超过500kg的相机，相机在发射阶段承受超过10g的过载，按照1.5倍的设计余量，卫星上安装相机的载荷支撑结构需承受约7.5t的载荷，这台相机一共有3个安装座，这类承载大、安装点少且分布不均的载荷将会越来多，面对这累有较大的局部承载要求的载荷，传统的载荷支撑结构主要存在如下技术问题：

第一、局部承载能力较低，局部受力较大，应力相对集中，载荷支撑结构上每一个局部承载区域需承受非常大的载荷(如2.5t)。

第二、局部受力快速分散成均布点受力较难，为避免卫星平台受集中点力，一般在卫星平台上设计均布承力点，但有时卫星平台与载荷安装面高度很低(只有300mm或者400mm)，在有限的高度尺寸内快速将集中受力点均布到平台连接点较难。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种集中点式受力的载荷支撑结构，通过壳体、相机配装组件、遮光罩配装组件、卫星平台配装组件和加固组件的配合，提升了遥感卫星相机载荷支撑结构的局部承载能力，弥补了传统的遥感卫星相机载荷支撑结构局部承载能力较低的缺陷；通过分别设计相机配装组件、遮光罩配装组件、卫星平台配装组件和加固组件的构型，并采用粘接和螺接相互配合的安装方式，达到了将局部应力快速分散至壳体整体并传递至卫星平台，解决了传统的遥感卫星相机载荷支撑结构局部受力快速分散成均布点受力较难的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种集中点式受力的载荷支撑结构，包括壳体、相机配装组件、遮光罩配装组件、卫星平台配装组件和加固组件；壳体采用圆筒结构，壳体一端设有用于安装相机和遮光罩的法兰，法兰上分别设有用于支撑相机的相机配装组件和用于支撑遮光罩的遮光罩配装组件；壳体另一端设有用于连接卫星平台的凸缘，凸缘上设有用于固定连接卫星平台的卫星平台配装组件，壳体侧面设有用于补强结构的加固组件。

在上述的一种集中点式受力的载荷支撑结构中，所述相机配装组件包括相机支撑角盒、相机连接件和相机连接座；相机支撑角盒采用块状结构且截面形状为直角三角形，相机支撑角盒直角边一侧与壳体侧壁粘接且粘接处采用圆弧过渡，相机支撑角盒斜边一侧设有凹槽；相机连接座粘接在凹槽中，相机连接座采用立方体结构；相机连接件采用圆柱体结构，相机连接件一端设有凸台，凸台上设有用于安装相机的螺孔，相机连接件另一端穿过所述法兰后螺接在相机连接座中。

在上述的一种集中点式受力的载荷支撑结构中，所述相机支撑角盒的数量不少于三个，多个相机支撑角盒均布在壳体侧壁上，一个相机支撑角盒至少与十个相机连接件配合，多个相机连接件共同形成一个平面且平面度不大于0.2mm。

在上述的一种集中点式受力的载荷支撑结构中，所述遮光罩配装组件包括遮光罩支撑角盒、遮光罩连接座和遮光罩安装垫；遮光罩支撑角盒采用空心盒状结构且截面形状为直角梯形，遮光罩支撑角盒直角边一侧与壳体侧壁粘接且粘接处采用圆弧过渡，遮光罩支撑角盒顶边一侧与加固组件粘接，遮光罩支撑角盒底边一侧与所述法兰粘接；遮光罩连接座采用立方体结构，遮光罩连接座安装在遮光罩支撑角盒中且同时与遮光罩支撑角盒的底面和侧面粘接；遮光罩安装垫采用板状结构，遮光罩安装垫上设有用于安装遮光罩的通孔，遮光罩安装垫粘接在所述法兰外表面上，螺钉穿过遮光罩安装垫的通孔后将遮光罩螺接在遮光罩连接座中。

在上述的一种集中点式受力的载荷支撑结构中，所述遮光罩支撑角盒的数量不少于个，一个遮光罩支撑角盒中安装一个遮光罩连接座，一个遮光罩连接座对应一个遮光罩安装垫。

在上述的一种集中点式受力的载荷支撑结构中，所述卫星平台配装组件包括卫星平台支撑角盒、外连接套和内连接套；卫星平台支撑角盒采用块状结构且截面形状为直角三角形，卫星平台支撑角盒直角边一侧与壳体侧壁粘接且粘接处采用圆弧过渡，卫星平台支撑角盒直角边另一侧分别设有用于固定连接卫星平台的外连接套和内连接套。

在上述的一种集中点式受力的载荷支撑结构中，所述外连接套和内连接套均采用套状结构，外连接套上攻有内螺纹，内连接套上攻有外螺纹，外连接套同轴螺接在内连接套上，内连接套上设有用于配合卫星平台的安装孔。

在上述的一种集中点式受力的载荷支撑结构中，所述加固组件包括半环梁、加强梁、加强筋和门框；半环梁采用半圆形板状结构，半环梁的截面形状为L形，半环梁直角边一侧与壳体侧壁粘接，半环梁直角边另一侧与遮光罩配装组件粘接；加强梁采用弧形板状结构，加强梁与壳体侧壁粘接；半环梁的数量设为两个，两个半环梁与一个加强梁粘接，共同环绕在壳体侧壁上；加强筋粘接在相机配装组件上；卫星平台上设有用于安装相机电连接器件的盲孔，盲孔处设有用于补充刚度的门框。

在上述的一种集中点式受力的载荷支撑结构中，所述门框的数量不多于两个。

在上述的一种集中点式受力的载荷支撑结构中，所述壳体、相机支撑角盒、遮光罩支撑角盒、卫星平台支撑角盒和加固组件的材料均采用M55J/氰酸酯复合材料。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

【1】本发明面对高轨遥感相机提出的新的局部集中区域安装的要求，采取多角盒结合壳体组合支撑的方式，有效提升局部刚度，为保证在局部区域内承受2.5t的载荷，通过金属连接座加金属连接件的方式对接口金属强化，有效提升局部强度，优化设计后的载荷支撑结构局部(约200mm×200mm)区域承载能力达到设计要求(约2.5t)，载荷支撑结构整体能够承受约7.5t的载荷，很好的拓展了复合材料在支撑非均匀接口载荷设备的能力。

【2】本发明由于受整星布局空间限制，载荷支撑结构在较低的高度(如低于400mm)内，将局部安装区域转化成均布支撑点，有效的保证了卫星平台局部受力的均匀性，同时简化了卫星平台接口设计的复杂性。

【3】本发明整体结构紧凑，适用于多种工作环境，且具有较长的使用寿命，在复杂工况下依然能够良好运转，具备通用性强、适用范围广的特点，市场应用前景非常广阔。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的安装示意图

图2为本发明的结构图

图3为本发明的仰视图

图4为本发明的俯视图

图5为相机配装组件的结构图

图6为遮光罩配装组件的结构图

图7为卫星平台配装组件的结构图

图8为遮光罩配装组件与壳体的装配示意图

其中：1壳体；2相机配装组件；3遮光罩配装组件；4卫星平台配装组件；5加固组件；21相机支撑角盒；22相机连接件；23相机连接座；31遮光罩支撑角盒；32遮光罩连接座；33遮光罩安装垫；41卫星平台支撑角盒；42外连接套；43内连接套；51半环梁；52加强梁；53加强筋；54门框；

具体实施方式

为使本发明的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：

如图1～4所示，一种集中点式受力的载荷支撑结构，包括壳体1、相机配装组件2、遮光罩配装组件3、卫星平台配装组件4和加固组件5；壳体1采用圆筒结构，壳体1一端设有用于安装相机和遮光罩的法兰，法兰上分别设有用于支撑相机的相机配装组件2和用于支撑遮光罩的遮光罩配装组件3；壳体1另一端设有用于连接卫星平台的凸缘，凸缘上设有用于固定连接卫星平台的卫星平台配装组件4，壳体1侧面设有用于补强结构的加固组件5。

如图5所示，优选的，相机配装组件2包括相机支撑角盒21、相机连接件22和相机连接座23；相机支撑角盒21采用块状结构且截面形状为直角三角形，相机支撑角盒21直角边一侧与壳体1侧壁粘接且粘接处采用圆弧过渡，相机支撑角盒21斜边一侧设有凹槽；相机连接座23粘接在凹槽中，相机连接座23采用立方体结构；相机连接件22采用圆柱体结构，相机连接件22一端设有凸台，凸台上设有用于安装相机的螺孔，相机连接件22另一端穿过所述法兰后螺接在相机连接座23中。

优选的，相机支撑角盒21的数量不少于三个，多个相机支撑角盒21均布在壳体1侧壁上，一个相机支撑角盒21至少与十个相机连接件22配合，多个相机连接件22共同形成一个平面且平面度不大于0.2mm。

如图6所示，优选的，遮光罩配装组件3包括遮光罩支撑角盒31、遮光罩连接座32和遮光罩安装垫33；遮光罩支撑角盒31采用空心盒状结构且截面形状为直角梯形，遮光罩支撑角盒31直角边一侧与壳体1侧壁粘接且粘接处采用圆弧过渡，遮光罩支撑角盒31顶边一侧与加固组件5粘接，遮光罩支撑角盒31底边一侧与所述法兰粘接；遮光罩连接座32采用立方体结构，遮光罩连接座32安装在遮光罩支撑角盒31中且同时与遮光罩支撑角盒31的底面和侧面粘接；遮光罩安装垫33采用板状结构，遮光罩安装垫33上设有用于安装遮光罩的通孔，遮光罩安装垫33粘接在所述法兰外表面上，螺钉穿过遮光罩安装垫33的通孔后将遮光罩螺接在遮光罩连接座32中。

优选的，遮光罩支撑角盒31的数量不少于28个，一个遮光罩支撑角盒31中安装一个遮光罩连接座32，一个遮光罩连接座32对应一个遮光罩安装垫33。

如图7～8所示，优选的，卫星平台配装组件4包括卫星平台支撑角盒41、外连接套42和内连接套43；卫星平台支撑角盒41采用块状结构且截面形状为直角三角形，卫星平台支撑角盒41直角边一侧与壳体1侧壁粘接且粘接处采用圆弧过渡，卫星平台支撑角盒41直角边另一侧分别设有用于固定连接卫星平台的外连接套42和内连接套43，能够增强粘接处的抗剥离能力。

优选的，外连接套42和内连接套43均采用套状结构，外连接套42上攻有内螺纹，内连接套43上攻有外螺纹，外连接套42同轴螺接在内连接套43上，内连接套43上设有用于配合卫星平台的安装孔，能够确保不产生机加分层或变形，提升局部刚度。

优选的，加固组件5包括半环梁51、加强梁52、加强筋53和门框54；半环梁51采用半圆形板状结构，半环梁51的截面形状为L形，半环梁51直角边一侧与壳体1侧壁粘接，半环梁51直角边另一侧与遮光罩配装组件3粘接；加强梁52采用弧形板状结构，加强梁52与壳体1侧壁粘接；半环梁51的数量设为两个，两个半环梁51与一个加强梁52粘接，共同环绕在壳体1侧壁上；加强筋53粘接在相机配装组件2上；卫星平台上设有用于安装相机电连接器件的盲孔，盲孔处设有用于补充刚度的门框54。

优选的，门框54的数量不多于两个，用于有效消除应力集中。

优选的，壳体1、相机支撑角盒21、遮光罩支撑角盒31、卫星平台支撑角盒41和加固组件5的材料均采用M55J/氰酸酯复合材料，充分利用碳纤维复合材料的可设计性，通过合理铺层设计，设计低膨胀系数、高刚度的壳体1、和相机支撑角盒21、遮光罩支撑角盒31、卫星平台支撑角盒41和加固组件5，此结构经过ANSYS等力学分析可以有效的保证结构刚度降低冷热交变对整体构件稳定性的影响，设计铺层顺序为[(0°/+45°/-45°/90°)s]3，0°层沿着壳体1高度方向，单层厚度0.125mm。

优选的，壳体1直径设为Φ1610mm，壳体1高度设为400mm。

本发明的工作原理是：

当遥感卫星处于发射过程，遮光罩和相机均处于过载状态，载荷率先通过相机配装组件2和遮光罩配装组件3传递至壳体1和加固组件5上，随后，载荷通过卫星平台配装组件4传递至卫星平台，即可实现遥感卫星的遮光罩和相机过载的平稳传递。

本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (5)

1.一种集中点式受力的载荷支撑结构，其特征在于：包括壳体(1)、相机配装组件(2)、遮光罩配装组件(3)、卫星平台配装组件(4)和加固组件(5)；壳体(1)采用圆筒结构，壳体(1)一端设有用于安装相机和遮光罩的法兰，法兰上分别设有用于支撑相机的相机配装组件(2)和用于支撑遮光罩的遮光罩配装组件(3)；壳体(1)另一端设有用于连接卫星平台的凸缘，凸缘上设有用于固定连接卫星平台的卫星平台配装组件(4)，壳体(1)侧面设有用于补强结构的加固组件(5)；

所述相机配装组件(2)包括相机支撑角盒(21)、相机连接件(22)和相机连接座(23)；相机支撑角盒(21)采用块状结构且截面形状为直角三角形，相机支撑角盒(21)直角边一侧与壳体(1)侧壁粘接且粘接处采用圆弧过渡，相机支撑角盒(21)斜边一侧设有凹槽；相机连接座(23)粘接在凹槽中，相机连接座(23)采用立方体结构；相机连接件(22)采用圆柱体结构，相机连接件(22)一端设有凸台，凸台上设有用于安装相机的螺孔，相机连接件(22)另一端穿过所述法兰后螺接在相机连接座(23)中；

所述相机支撑角盒(21)的数量不少于三个，多个相机支撑角盒(21)均布在壳体(1)侧壁上，一个相机支撑角盒(21)至少与十个相机连接件(22)配合，多个相机连接件(22)共同形成一个平面且平面度不大于0.2mm；

所述遮光罩配装组件(3)包括遮光罩支撑角盒(31)、遮光罩连接座(32)和遮光罩安装垫(33)；遮光罩支撑角盒(31)采用空心盒状结构且截面形状为直角梯形，遮光罩支撑角盒(31)直角边一侧与壳体(1)侧壁粘接且粘接处采用圆弧过渡，遮光罩支撑角盒(31)顶边一侧与加固组件(5)粘接，遮光罩支撑角盒(31)底边一侧与所述法兰粘接；遮光罩连接座(32)采用立方体结构，遮光罩连接座(32)安装在遮光罩支撑角盒(31)中且同时与遮光罩支撑角盒(31)的底面和侧面粘接；遮光罩安装垫(33)采用板状结构，遮光罩安装垫(33)上设有用于安装遮光罩的通孔，遮光罩安装垫(33)粘接在所述法兰外表面上，螺钉穿过遮光罩安装垫(33)的通孔后将遮光罩螺接在遮光罩连接座(32)中；

所述遮光罩支撑角盒(31)的数量不少于28个，一个遮光罩支撑角盒(31)中安装一个遮光罩连接座(32)，一个遮光罩连接座(32)对应一个遮光罩安装垫(33)；

所述卫星平台配装组件(4)包括卫星平台支撑角盒(41)、外连接套(42)和内连接套(43)；卫星平台支撑角盒(41)采用块状结构且截面形状为直角三角形，卫星平台支撑角盒(41)直角边一侧与壳体(1)侧壁粘接且粘接处采用圆弧过渡，卫星平台支撑角盒(41)直角边另一侧分别设有用于固定连接卫星平台的外连接套(42)和内连接套(43)。

2.根据权利要求1所述的一种集中点式受力的载荷支撑结构，其特征在于：所述外连接套(42)和内连接套(43)均采用套状结构，外连接套(42)上攻有内螺纹，内连接套(43)上攻有外螺纹，外连接套(42)同轴螺接在内连接套(43)上，内连接套(43)上设有用于配合卫星平台的安装孔。

3.根据权利要求1所述的一种集中点式受力的载荷支撑结构，其特征在于：所述加固组件(5)包括半环梁(51)、加强梁(52)、加强筋(53)和门框(54)；半环梁(51)采用半圆形板状结构，半环梁(51)的截面形状为L形，半环梁(51)直角边一侧与壳体(1)侧壁粘接，半环梁(51)直角边另一侧与遮光罩配装组件(3)粘接；加强梁(52)采用弧形板状结构，加强梁(52)与壳体(1)侧壁粘接；半环梁(51)的数量设为两个，两个半环梁(51)与一个加强梁(52)粘接，共同环绕在壳体(1)侧壁上；加强筋(53)粘接在相机配装组件(2)上；卫星平台上设有用于安装相机电连接器件的盲孔，盲孔处设有用于补充刚度的门框(54)。

4.根据权利要求3所述的一种集中点式受力的载荷支撑结构，其特征在于：所述门框(54)的数量不多于两个。

5.根据权利要求1所述的一种集中点式受力的载荷支撑结构，其特征在于：所述壳体(1)、相机支撑角盒(21)、遮光罩支撑角盒(31)、卫星平台支撑角盒(41)和加固组件(5)的材料均采用M55J/氰酸酯复合材料。

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