CN107766667B - 一种空间运动电缆走向设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间运动电缆走向设计方法，包括：确定电缆空间运动部分的起始点、终点；确定运动部件的初始状态及沿三维坐标系各方向运动的极限状态；模拟设备内运动部件初始状态，初步选取电缆路径上的固定点；采用螺旋式缠绕的方法沿固定点进行布线，确定每相邻两点之间的电缆约束；模拟设备内运动部件沿三维坐标系各方向运动的极限状态，采用螺旋式缠绕的方法沿确定的固定点进行布线，确定各段电缆约束；综合前述步骤确定的电缆约束，得到各段电缆约束包络；按照各段电缆约束包络分别在初始转态和极限状态进行布线，直到电缆之间和电缆与周边结构之间不存在干涉。该方法快速解决了空间运动电缆固定、磨损及疲劳问题。

Description

一种空间运动电缆走向设计方法

技术领域

本发明设计一种空间运动电缆走向设计方法，应用于卫星布局、总装设计，属于电缆网走向设计技术领域。

背景技术

卫星总体设计时会遇到一些卫星包含有大型转动天线，卫星通过天线对目标进行跟踪定位，其天线及部分电子设备需要在空间进行大角度运动，根据卫星构型布局需求，相关分系统的设备及连接电缆也将进行空间运动，一般而言星上运动电缆包括低频电缆与射频电缆。

低频电缆根据设备布局及功能需求，包括设备供电电缆，设备信号电缆，加热器引线，接地线等。

射频电缆由于运动需要，其空间转动部分采用软电缆，空间运动的射频电缆，其走向及固定应当尽量减小对其电性能的影响，确保系统性能。

电缆走向工作是整星系统设计，涉及不同分系统间的供电、信号联系，针对局部特殊机构需求通常具有针对性设计。

空间运动电缆的走向设计需要满足以下约束条件：

(1)、在规定的空间内，满足布局需求。电缆在空间运动过程中不与其他组件发生干涉，卫星在起飞振动过程中不能与其他物体产生摩擦，以免造成电缆及物体的损坏；

(2)、可随转动部件(如天线)合理的进行转动，不影响转动部件的驱动性能。运动电缆的任何部位不能有拉紧吃力的现象，避免造成对运动部件的运动阻碍和限制；

(3)、运动电缆自身具有足够韧性，不对电缆自身造成吃力损伤等，电缆的走向设计保证电缆的松弛度，避免损伤电缆；

(4)、满足空间环境的要求，应当兼顾对空间环境的防护，尽可能减少环境对电缆的影响。

空间运动电缆的固定需要满足以下约束条件：

1)、固定位置选择合理，不影响其他设备布局，固定点选择便于拆装，操作方便；

2)、固定长度合理，两个固定点之间的距离及处理方式安全可靠，电缆不能存在晃动，以免影响其他部件；

3)、固定方式合理，根据电缆类型及走向不同位置，选择紧固件安装、绑缚、粘贴等不同方式，连接可靠，操作简单容易。

现有电缆走向及安装方法适用于相对静止电缆的设计，设计方法简单、成熟，对于线束的成形和走向约束较少，通常考虑插拔、承载及电缆路径优化即可，对于空间运动电缆走向设计少有参考，主要依赖于实物摸索验证和设计师经验，通常需要投入较多人力、物力及财力进行模拟实验。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种空间运动电缆走向设计方法，通过螺旋方式缠绕的方法，解决运动部件对电缆空间运动部分带来的电缆磨损及疲劳问题。

本发明的技术解决方案是：一种空间运动电缆走向设计方法，该方法包括如下步骤：

(1)、根据设备上电缆布设所经过的运动部件所在位置，确定电缆空间运动部分的起始点、终点；

(2)、按照设备运动部件运动规律，确定运动部件的初始状态及其沿三维坐标系各方向运动的极限状态；

(3)、模拟设备内运动部件初始状态，在电缆空间运动部分的起始点、终点之间，根据设备内的结构布局、电缆规格、总装可实施性，初步选取电缆路径上的固定点；

(4)、采用螺旋式缠绕的方法沿固定点进行布线，确定每相邻两点之间的电缆约束，使之满足预设要求，所述电缆约束包括电缆长度、电缆走向偏转角度、电缆弯曲半径、电缆松弛度；

(5)、模拟设备内运动部件沿三维坐标系各方向运动的极限状态，在电缆空间运动部分的起始点、终点之间，采用螺旋式缠绕的方法沿步骤(3)所确定的固定点进行布线，确定每相邻两点之间的电缆约束，使之满足预设要求；

(6)、综合步骤(3)和步骤(4)确定的每相邻两点之间的电缆约束，得到每相邻两点之间的电缆约束包络，电缆约束包络包括最大电缆长度、最大电缆走向偏转角度、最小弯曲半径、最小电缆松弛度；

(7)、按照各段电缆约束包络分别在初始状态和极限状态进行重新布线，分别检查各段电缆的电缆弯曲状态、运动电缆之间间隙、电缆与周边结构之间间隙，如果出现干涉，则调整固定点的位置，重新执行步骤(4)～(7)，直到电缆之间和电缆与周边结构之间不存在干涉，得到空间运动电缆的走向。

所述电缆是1束或者多束。

当电缆为多束时，采用多螺旋式缠绕的方法沿固定点进行布线。

所述步骤(3)和步骤(5)采用三维软件进行布线。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明在现有工程实际基础上，通过对运动电缆特性进行分析梳理，抽象出电缆运动模式，针对运动要求提出电缆安装的基本思想，制定电缆的走向方案，可以解决类似空间运动电缆的固定、电缆磨损及疲劳问题，节省设计成本，提高设计效率，减少研制迭代周期和方案的不确定性；

(2)、本发明提出采用螺旋式电缆走向可以解决多维度运动电缆的走向和固定问题，提高电缆在固定中的适应性和可靠性；

(3)、本发明参数分类和设计要素明确，适用于不同类型电缆；

(4)、本发明采用三维软件进行布线，相对于现有的实物验证提高了设计验证效率，缩短分析及方案论证的周期，节省地面技术投入。

附图说明

图1为本发明一种空间运动电缆走向设计方法流程图；

图2为本发明实施例运动部件所在位置示意图；

图3为本发明实施例第一电缆和第二电缆布线路径固定点位置示意图；

图4为本发明实施例第一电缆和第二电缆布线示意图；

图5为本发明实施例电缆转弯半径、松弛度、偏转角度示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

在空间运动电缆进行走向设计时，综合运动约束，电缆绑扎要求两方面的约束，本发明提出一种空间运动电缆走向方法，作为运动电缆固定方式的选择参考。

如图1所示，本发明提供的一种空间运动电缆走向设计方法，该方法包括如下步骤：

(1)、根据设备上电缆布设所经过的运动部件所在位置，确定电缆空间运动部分始末端(即起始点和终点)；电缆空间运动部分的长度小于等于电缆总长度，本方法主要针对运动部分进行设计，尽量缩短运动部分的电缆长度。

(2)、按照设备运动部件运动规律，确定运动部件的初始状态及其沿三维坐标系各方向运动的极限状态，所述运动规律包括部件运动方式，所述运动方式包括转动或者平移，当该部件处于转动时，确定其最大转动转角为极限状态；当运动部件采用平移的运动方式时，确定其最大位移为极限状态。

根据运动部件的初始状态及沿三维坐标系各方向运动的极限状态，可以预测电缆的空间运动典型方式，所述空间运动典型方式包括：旋转运动或者平移。将电缆的运动模式进行分析，包括电缆转动轴维数、独立转动电缆线束数量、转动线束间相对位置关系、电缆转动极限位置、电缆固定点预置几个方面。

(3)、采用三维设计软件模拟设备内运动部件初始状态，在电缆空间运动部分的起始点、终点之间，根据设备内的结构布局、电缆规格、总装可实施性，初步选取电缆路径上的固定点；固定点的选择应遵循以下原则：安装牢固可靠，固定点为承力结构；固定点避开加热、辐照等会影响电缆性能的位置；固定点间隔适中，需能满足电缆的力学环境要求。

(4)、采用螺旋式缠绕的方法沿固定点进行布线，确定每相邻两点之间的电缆约束，使之满足预设要求，所述电缆约束包括电缆长度、电缆走向偏转角度、电缆弯曲半径、电缆松弛度、电缆弯折次数及防护要求等；所述电缆走向偏转角度为电缆走向与螺旋横截面之间的夹角，该约束为便于量化电缆走向便于实施，电缆走向与螺旋横截面之间的夹角指标根据空间大小确定，大于弯曲半径即可。弯曲半径要求一般与电缆所采用的材料相关，需要满足电缆物理特性，最小弯曲半径通常大于3R(R为电缆束直径。所述电缆是1束或者多束，当电缆为多束时，采用多螺旋式缠绕的方法沿固定点进行布线。

(5)、采用三维设计软件(如：CATIA)模拟设备内运动部件沿三维坐标系各方向运动的极限状态，在电缆空间运动部分的起始点、终点之间，采用螺旋式缠绕的方法沿步骤(3)所确定的固定点进行布线，确定每相邻两点之间的电缆约束，使之满足预设要求；

(6)、综合步骤(3)和步骤(4)确定的每相邻两点之间的电缆约束，得到每相邻两点之间的电缆约束包络，电缆约束包络包括最大电缆长度、最大电缆走向偏转角度、最小弯曲半径、最小电缆松弛度；

(7)、按照各段电缆约束包络分别在初始状态和极限状态进行重新布线，分别检查各段电缆的电缆形状、运动电缆之间间隙、电缆与周边结构之间间隙，如果出现干涉，则调整固定点的位置，重新执行步骤(4)～(7)，直到电缆之间和电缆与周边结构之间不存在干涉，得到空间运动电缆的走向设计。

(8)、将空间运动电缆的走向设计进行输出，输出方式可以二维走向图或者三维生产模型。

实施例：

本发明研究成果已在具体型号进行成功验证实施，该方法抽象提取了设计思想，进一步扩展了应用层面，同时结合现有三维设计软件进行适应性分析。

以下以某型号卫星上的双轴运动机构部件上的两束连接电缆作为具体实施例，以两束电缆螺旋式缠绕走向设计为例，描述第一电缆、第二电缆的走向设计过程。具体为：

(1)、根据设备上电缆布设所经过的运动部件所在位置，确定电缆空间运动部分的起始点、终点。

如图2所示，双轴运动机构部件运动部件为圆圈部分的两个转动轴。两个转动轴相互垂直。整个结构绕着第二转动轴进行转动，同时除了第二转动轴之外的部分，绕着第一转动轴进行转动。

根据结构坐标，以转动轴交点为圆心，确立坐标系，X轴、Y轴，其中第一转动轴绕X轴转动，第二转动轴绕Y轴转动。

电缆从Y轴负方向进入，需要从结构板间的空间穿插，进入第二转动轴，并向Y轴方向引出，由此选择每根电缆靠近第一转动轴的入点作为起点，电缆出Y轴的固定点作为终点。

(2)、按照运动部件运动规律，所述运动规律包括运动方向、转动转角或者位移，确定运动部件的初始及极限状态；

由运动部件的运动可以知道：

电缆运动包含两个维度：第一转动轴和第二转动轴。以零位为初始点，每个轴具备±10°的转动极限状态。

(3)、通过三维软件建模的方法模拟设备内运动部件初始状态，在电缆空间运动部分的起始点、终点之间，根据设备内的结构布局、电缆规格、总装可实施性，初步选取电缆路径上的固定点。

例如：本实施例中，如图3所示，第一电缆的路径固定点包括了第一起点、第一固定点至第四固定点及第一终点；第二电缆的路径固定点包括第二起点、第五固定点至第八固定点及第二终点。其中,第一固定点、第五固定点均设置在第一转动轴的安装横梁上，第二固定点，第六固定点设置在第二转动轴上，第三固定点、第七固定点设置在十字开孔的结构板上，第四固定点、第八固定点设置在一个空间结构支架上。

(4)、采用螺旋式缠绕的方法沿固定点进行布线，确定相邻两点之间的电缆约束，所述电缆约束包括电缆长度、两点之间电缆偏转角度、弯曲半径、电缆松弛度，使之满足预设要求；例如：第二电缆由第五固定点至第六固定点的偏转角度为31度、第一电缆在第一固定点和第二固定点之间的最小弯曲半径为5R，整束电缆的松弛度设置为4％，如图4和图5所示。

(5)、通过三维软件建模的方法模拟设备内运动部件各方向极限状态，在电缆空间运动部分的起始点、终点之间，沿步骤(3)所确定的固定点，采用螺旋式缠绕的方法沿固定点进行布线，确定相邻两点之间的电缆约束；

(6)、综合步骤(3)和步骤(4)确定的相邻两点之间的电缆约束，得到电缆约束包络，电缆约束包络包括最大电缆长度、最大电缆偏转角度、最小弯曲半径、最小电缆松弛度；

(7)、按照各段电缆约束包络分别在初始状态和极限状态进行重新布线，分别检查各段电缆运动过程电缆形状、运动电缆之间间隙检查、电缆与周边其他设备之间间隙，如果出现干涉，则调整固定点的位置，重新执行步骤(3)～(7)。

本发明通过利用三维设计软件的二次开发和应用，将设计参数由软件进行设计迭代，可以快速通过调整设计参数比对不同参数下绑扎效果，确定电缆走向路径，极大的提高了电缆走向设计效率，并节省了产品安装调试时间。电缆走向设计不再进行模拟件的生产模拟分析，节省了成本。电缆安装进行了提前设计，安装时间节约了约1周时间。

本说明书中未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种空间运动电缆走向设计方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)、根据设备上电缆布设所经过的运动部件所在位置，确定电缆空间运动部分的起始点、终点；

(2)、按照设备运动部件运动规律，确定运动部件的初始状态及其沿三维坐标系各方向运动的极限状态；

(3)、模拟设备内运动部件初始状态，在电缆空间运动部分的起始点、终点之间，根据设备内的结构布局、电缆规格、总装可实施性，初步选取电缆路径上的固定点；

(4)、采用螺旋式缠绕的方法沿固定点进行布线，确定每相邻两点之间的电缆约束，使之满足预设要求，所述电缆约束包括电缆长度、电缆走向偏转角度、电缆弯曲半径、电缆松弛度；

(5)、模拟设备内运动部件沿三维坐标系各方向运动的极限状态，在电缆空间运动部分的起始点、终点之间，采用螺旋式缠绕的方法沿步骤(3)所确定的固定点进行布线，确定每相邻两点之间的电缆约束，使之满足预设要求；

(6)、综合步骤(3)和步骤(4)确定的每相邻两点之间的电缆约束，得到每相邻两点之间的电缆约束包络，电缆约束包络包括最大电缆长度、最大电缆走向偏转角度、最小弯曲半径、最小电缆松弛度；

(7)、按照各段电缆约束包络分别在初始状态和极限状态进行重新布线，分别检查各段电缆的电缆弯曲状态、运动电缆之间间隙、电缆与周边结构之间间隙，如果出现干涉，则调整固定点的位置，重新执行步骤(4)～(7)，直到电缆之间和电缆与周边结构之间不存在干涉，得到空间运动电缆的走向。

2.根据权利要求1所述的一种空间运动电缆走向设计方法，其特征在于所述电缆是1束或者多束。

3.根据权利要求1所述的一种空间运动电缆走向设计方法，其特征在于当电缆为多束时，采用多螺旋式缠绕的方法沿固定点进行布线。

4.根据权利要求1所述的一种空间运动电缆走向设计方法，其特征在于所述步骤(3)和步骤(5)采用三维软件进行布线。

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