CN109466798A - 一种薄壁结构的一箭五星卫星支架及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄壁结构的一箭五星卫星支架及装配方法，本发明采用先协调装配后机加保证的方案，避免因装配引起变形导致的卫星安装面基准偏差，保证了卫星安装面的精度。保证了一箭五星卫星支架的制造加工精度，满足了卫星安装使用需要，该发明已成功应用于型号产品，完成了飞行试验验证，证明该发明正确可靠。本发明设置了橡皮胎，保证了在去除余量过程中支架的稳定性，避免震颤。本发明在装配过程中对L形连接板与第二加强框的下端面连接时设置工艺孔，通过工艺钉连接，既保证了去除余量过程中整个卫星支架的稳定性，又避免去除余量过程中伤害铆钉和连接孔。

Description

一种薄壁结构的一箭五星卫星支架及装配方法

技术领域

本发明涉及一种薄壁结构的一箭五星卫星支架工艺制造方法及装配方法，具体涉及一种多零件铆接复杂薄壁结构的一箭五星卫星支架工艺制造的全流程工艺制造方案、多零件铆接复杂结构协调装配技术、铆接组合体机加技术，属于火箭装配制造领域。

背景技术

为适应商业民用航天火箭，低成本市场化的定位需求，商业火箭卫星支架的特点是：一箭多星、质量轻、精度高、强度高。这些特点要求卫星支架的设计为高强度金属薄壁复杂结构，为保证其强度高并质量轻，对加工精度要求非常高，为工艺制造带来很多困难。

一箭五星卫星支架组件壳体结构首次采用类似于Ⅰ、Ⅲ象限支架垂直对接的模式，在Ⅰ、Ⅲ象限支架分别安装两颗卫星后，采用68个对接螺钉对接后，在卫星支架组合体上端通过转接框安装一颗卫星，下端通过转接框与箭体连接，实现一箭五星的功能。其中，该卫星支架高度较高、对接面复杂，对接精度要求高，对卫星支架的自重要求也非常严格。采用传统的机加-铆接装配工艺方法，修正工作量大，效率低，受人工技术水平限制，不仅对机加和铆接装配要求高，而且装配成形以后仍存在局部变形现象，不能满足卫星装配要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种薄壁结构的一箭五星卫星支架及装配方法，达到机加和铆接装配后能满足卫星装配使用的高精度的技术要求。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种多零件铆接复杂薄壁结构的一箭五星卫星支架，包括第一壳体、第二壳体、4个翼板、火箭转接加强框、第五卫星转接框；

第一壳体、第二壳体结构相同，二者对接后形成主体支架，第一壳体的外表面分别安装第一和第二卫星，第二壳体外表面分别安装第三第四卫星；

第一壳体的两侧和第二壳体的两侧分别安装翼板；

主体支架上端面通过转接框安装第五卫星；主体支架的下端面安装火箭转接加强框，通过火箭转接加强框连接至火箭。

优选的，第一壳体和第二壳体为包括平行设置的支撑梁，支撑梁之间安装卫星的平面结构，支撑梁下端凸出于平面结构的下端，火箭转接加强框安装在平面结构的下端，并与支撑梁下端面平齐；翼板的厚度和高度与支撑梁相同，安装在支撑梁外侧。

优选的，火箭转接加强框包括4个第一加强框、2个第二加强框和两个蒙皮，两个蒙皮结构相同，均包括等腰梯形；第一加强框的截面为直角三角形，一个直角边抵靠在支撑梁上，斜边连接到蒙皮等腰梯形的斜边，蒙皮的等腰梯形大端面连接主体支架平面结构的下端面；第二加强框安装在蒙皮等腰梯形的上端面；第二加强框的下端面和第一加强框的另一直角边用于连接火箭。

优选的，火箭转接加强框还包括四个L形连接板，连接在第二加强框和蒙皮的斜边之间，铆钉穿过蒙皮的斜边及第一加强框的斜边实现固定加强。

优选的，火箭转接加强框还包括加强筋，贴设在蒙皮的外表面，设置在平面结构与第二加强框之间。

优选的，第一壳体、第二壳体以及翼板端面阶差不大于0.2mm。

优选的，第一壳体的外表面第一和第二卫星的安装区域在零件加工时预留2mm的厚度余量，在一箭五星卫星支架组装完成后，去除余量，保证安装区域平面度≤0.2mm，粗糙度不大于3.2μm。

同时提供一种多零件铆接复杂薄壁结构的一箭五星卫星支架的装配方法，包括如下步骤：

(1)加工第一壳体、第二壳体、4个翼板、火箭转接加强框、第五卫星转接框；第一壳体加工与第二壳体对接的连接孔；第一壳体、第二壳体的卫星安装区域预留厚度余量，支撑梁上下端面高度方向的余量，4个翼板的上下端面高度方向的余量，第一加强框和第二加强框与火箭连接的端面留有余量；

(2)第一壳体的两侧安装两个翼板，第二壳体安装两个翼板；

(3)将第一壳体和第二壳体对接，支撑梁下端面对齐，按照第一壳体上的连接孔的位置在第二壳体上开设连接孔，并通过螺栓连接第一壳体和第二壳体；安装火箭转接加强框；

(4)去除4个翼板、支撑梁上下端面高度方向的余量；去除第一壳体、第二壳体的卫星安装区域预留厚度余量、第一加强框和第二加强框与火箭连接的端面留有余量；

(5)测量安装区域平面度和粗糙度、第一壳体、第二壳体、翼板端面以及火箭转接加强框的下端面的阶差是否满足要求；如果不满足要求则返回步骤(4)修改；如果满足要求则进入步骤(6)；

(6)安装第一至第四卫星；主体支架的上端面安装第五卫星转接框，将第五卫星安装到第五卫星转接框上；

(7)一箭五星卫星支架安装到火箭上。

优选的，还包括橡皮胎，能够充满主体支架内部空间，步骤(4)前还包括将橡皮胎填充至主体支架内部。

优选的，第一加强框和第二加强框的下端面留有余量，第一加强框和第二加强框加工有工艺孔对应L形连接板的打孔位置，工艺孔的尺寸小于实际 L形连接板连接孔的孔径；通过工艺钉进行连接，在步骤(4)加强框的下端面高度方向的余量去除后，去除工艺钉，将工艺孔扩孔为L形连接板连接孔的孔径，重新进行铆接。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明保证了一箭五星卫星支架的制造加工精度，满足了卫星安装使用需要，该发明已成功应用于型号产品，完成了飞行试验验证，证明该发明正确可靠。

(2)本发明采用先协调装配后机加保证的方案，避免因装配引起变形导致的卫星安装面基准偏差，保证了卫星安装面的精度。

(3)本发明设置了橡皮胎，保证了在去除余量过程中支架的稳定性，避免震颤。

(4)本发明在装配过程中对L形连接板与第二加强框的下端面连接时设置工艺孔，通过工艺钉连接，既保证了去除余量过程中整个卫星支架的稳定性，又避免去除余量过程中伤害铆钉和连接孔。

附图说明

图1为本发明工艺流程示意图；

图2为本发明支架结构示意图；

图3为支架结构的主视图；

图4为火箭转接加强框结构示意图；

图5为火箭转接加强框组成示意图。

具体实施方式

一箭五星卫星支架组件壳体组件材料全部为7050板料，T7451状态，总高1875mm，它由I、III象限适配器壳体相扣铆接组装而成，配有4个加强作用的增强板、6个加强框，横板加强框2件、蒙皮2件、桁条4件、弯板4件，总长974mm，总宽650mm，蒙皮壁厚2mm，筋条壁厚4mm；卫星适配器Ⅰ、Ⅲ象限支架上4个卫星对接面要求平面度不大于0.2mm，粗糙度不大于3.2μm的要求；支架组合体端面阶差不大于0.2mm。按照传统工艺流程：先机加后装配，多零件协调铆接装配后，由于铆接变形和装配误差，无法满足卫星安装面高精度协调要求。

本发明是打破传统工艺流程，通过在平面度精度要求高的卫星对接面预留余量，设计“先协调装配后机加保证”的工艺制造方案，在机加-铆接装配后再增加组件机加去除预留余量的工序，保证装配后关键尺寸满足卫星装配面平面度、粗糙度等相关指标。

一种多零件铆接复杂薄壁结构的一箭五星卫星支架，包括第一壳体、第二壳体、4个翼板、火箭转接加强框、第五卫星转接框；

结合图1，第一壳体、第二壳体结构相同，二者对接后形成主体支架，第一壳体的外表面分别安装第一和第二卫星，第二壳体外表面分别安装第三第四卫星；第一壳体的两侧和第二壳体的两侧分别安装翼板；主体支架上端面通过转接框安装第五卫星；主体支架的下端面安装火箭转接加强框，通过火箭转接加强框连接至火箭。

结合图3，第一壳体和第二壳体为包括平行设置的支撑梁，支撑梁之间安装卫星的平面结构，支撑梁下端凸出于平面结构的下端，火箭转接加强框安装在平面结构的下端，并与支撑梁下端面平齐；翼板的厚度和高度与支撑梁相同，安装在支撑梁外侧。

结合图4、5，火箭转接加强框包括4个第一加强框、2个第二加强框和两个蒙皮，两个蒙皮结构相同，均包括等腰梯形；第一加强框的截面为直角三角形，一个直角边抵靠在支撑梁上，斜边连接到蒙皮等腰梯形的斜边，蒙皮的矩形部分端面连接平面结构的下端；第二加强框安装在蒙皮等腰梯形的上边；第二加强框的下端面和第一加强框的另一直角边用于连接火箭。

火箭转接加强框还包括四个L形连接板，连接在第二加强框和蒙皮的斜边之间，铆钉穿过蒙皮的斜边及第一加强框的斜边实现固定加强。

火箭转接加强框还包括加强筋，贴设在蒙皮的外表面，设置在平面结构与第二加强框之间。

结合图1，多零件铆接复杂薄壁结构的一箭五星卫星支架的装配方法流程如下：

(1)加工第一壳体、第二壳体、4个翼板、火箭转接加强框、第五卫星转接框；第一壳体加工与第二壳体对接的连接孔；第一壳体、第二壳体的卫星安装区域预留厚度余量，支撑梁上下端面高度方向的余量，4个翼板的上下端面高度方向的余量，第一加强框和第二加强框与火箭连接的端面留有余量；第一加强框和第二加强框的下端面留有余量，第一加强框和第二加强框加工有工艺孔对应L形连接板的打孔位置，工艺孔的尺寸小于实际L形连接板连接孔的孔径；

(2)第一壳体的两侧安装两个翼板，第一火箭转接加强框，第二壳体安装两个翼板及第二火箭转接加强框；

(3)将第一壳体和第二壳体对接，支撑梁下端面对齐，按照第一壳体上的连接孔的位置在第二壳体上开设连接孔，并通过螺栓连接第一壳体和第二壳体；第一加强框和第二加强框通过L形连接板采用工艺钉连接；

(4)将橡皮胎填充至主体支架内部，去除4个翼板、支撑梁上下端面高度方向的余量；去除第一壳体、第二壳体的卫星安装区域预留厚度余量、第一加强框和第二加强框与火箭连接的端面留有余量；加强框的下端面高度方向的余量去除后，去除工艺钉，将工艺孔扩孔为L形连接板连接孔的孔径，重新进行铆接；

(5)测量安装区域平面度和粗糙度、第一壳体、第二壳体、翼板端面以及火箭转接加强框的下端面的阶差是否满足要求；如果不满足要求则返回步骤(4)修改；如果满足要求则进入步骤(6)；

(6)安装第一至第四卫星；主体支架的上端面安装第五卫星转接框，将第五卫星安装到第五卫星转接框上；

(7)一箭五星卫星支架安装到火箭上。

卫星适配器Ⅰ、Ⅲ象限支架上4个卫星对接面精度要求：平面度≤0.2mm，粗糙度不大于3.2μm；支架组合体端面阶差不大于0.2mm，上下端面不大于0.2mm的技术要求。为满足该精度要求，经过对卫星支架尺寸和铆接可能导致的变形量进行分析后，设计“先协调装配后机加保证”的制造工艺方案，在卫星支架上下两端面各留量5mm；支架两侧面4个卫星安装面各留量2mm，在铆接转配成组合体状态后，对预留余量的卫星安装面进行加工，保证卫星安装面的高精度要求。

通过对该卫星支架模型与要求形位公差的研究，制定了从下至上、对称装配、间隔螺、铆接的装配策略。通过借转接框壳体为辅助工装，进行骨架的整体搭建，依托整体的准对称结构，采用对称装配的方式进行螺接，尽可能的减小装配残余应力，保证协调孔精度，解决多次分离拆卸导致的装配偏差。

“翅膀型”加强结构主要包括“三角形”加强框2件、横板加强框1件、蒙皮1件、桁条2件、弯板2件，见图1。三件加强框组合为一个“翅膀型”形状，蒙皮铺设在适配器支架斜筋和加强框组合体上端面上，桁条放在蒙皮上起压紧加强作用。主要的技术难点一为保证1.0mm厚度912mm×425mm 大小的蒙皮不出现翘起、下垂现象，加强组件无残余应力，铆接后无变形；技术难点二为控制组合体由于进行机加去除下端面余量而引起的变形，保证加强结构作用不会失效。

采用的装配技术为预铆接弯板与加强框。弯板主要起连接加强框1与加强框2作用。先将弯板与加强框铆接固定，待去除余量后，拆除预先铆接铆钉件，按图纸要求进行最终铆接。预铆接的作用为提高加强框组件结构强度，减小去余量引起的结构变形，最终控制“翅膀型”加强结构铆接装配变形。

在铆接为组件状态后，将支架组件重新装夹找正，精铣预留余量的卫星安装面。因为组件状态的卫星支架为多零件铆接结构，为保证铆接组合体机加能保证尺寸精度，加工过程中设计多次装卡找正和原点协调。

组件加工过程中，由于只能固定组件侧面，前后端面处于悬空状态，无法有效固定，且组件内部中空，四侧封堵，无法有效减振，加工难度大。为解决该问题，设计了专用减振工装，做一个与组件中空结构大小一样的橡胶胎，塞到组件中，可以有效减少震颤，减少因振动导致加工精度偏差。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种多零件铆接复杂薄壁结构的一箭五星卫星支架，其特征在于，包括第一壳体、第二壳体、4个翼板、火箭转接加强框、第五卫星转接框；

第一壳体、第二壳体结构相同，二者对接后形成主体支架，第一壳体的外表面分别安装第一和第二卫星，第二壳体外表面分别安装第三第四卫星；

第一壳体的两侧和第二壳体的两侧分别安装翼板；

主体支架上端面通过转接框安装第五卫星；主体支架的下端面安装火箭转接加强框，通过火箭转接加强框连接至火箭。

2.如权利要求1所述的多零件铆接复杂薄壁结构的一箭五星卫星支架，其特征在于，第一壳体和第二壳体为包括平行设置的支撑梁，支撑梁之间安装卫星的平面结构，支撑梁下端凸出于平面结构的下端，火箭转接加强框安装在平面结构的下端，并与支撑梁下端面平齐；翼板的厚度和高度与支撑梁相同，安装在支撑梁外侧。

3.如权利要求2所述的多零件铆接复杂薄壁结构的一箭五星卫星支架，其特征在于，火箭转接加强框包括4个第一加强框、2个第二加强框和两个蒙皮，两个蒙皮结构相同，均包括等腰梯形；第一加强框的截面为直角三角形，一个直角边抵靠在支撑梁上，斜边连接到蒙皮等腰梯形的斜边，蒙皮的等腰梯形大端面连接主体支架平面结构的下端面；第二加强框安装在蒙皮等腰梯形的上端面；第二加强框的下端面和第一加强框的另一直角边用于连接火箭。

4.如权利要求3所述的多零件铆接复杂薄壁结构的一箭五星卫星支架，其特征在于，火箭转接加强框还包括四个L形连接板，连接在第二加强框和蒙皮的斜边之间，铆钉穿过蒙皮的斜边及第一加强框的斜边实现固定加强。

5.如权利要求3所述的多零件铆接复杂薄壁结构的一箭五星卫星支架，其特征在于，火箭转接加强框还包括加强筋，贴设在蒙皮的外表面，设置在平面结构与第二加强框之间。

6.如权利要求4所述的多零件铆接复杂薄壁结构的一箭五星卫星支架，其特征在于，第一壳体、第二壳体以及翼板端面阶差不大于0.2mm。

7.如权利要求4所述的多零件铆接复杂薄壁结构的一箭五星卫星支架，其特征在于，第一壳体的外表面第一和第二卫星的安装区域在零件加工时预留2mm的厚度余量，在一箭五星卫星支架组装完成后，去除余量，保证安装区域平面度≤0.2mm，粗糙度不大于3.2μm。

8.如权利要求4所述的多零件铆接复杂薄壁结构的一箭五星卫星支架的装配方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)加工第一壳体、第二壳体、4个翼板、火箭转接加强框、第五卫星转接框；第一壳体加工与第二壳体对接的连接孔；第一壳体、第二壳体的卫星安装区域预留厚度余量，支撑梁上下端面高度方向的余量，4个翼板的上下端面高度方向的余量，第一加强框和第二加强框与火箭连接的端面留有余量；

(2)第一壳体的两侧安装两个翼板，第二壳体安装两个翼板；

(3)将第一壳体和第二壳体对接，支撑梁下端面对齐，按照第一壳体上的连接孔的位置在第二壳体上开设连接孔，并通过螺栓连接第一壳体和第二壳体；安装火箭转接加强框；

(4)去除4个翼板、支撑梁上下端面高度方向的余量；去除第一壳体、第二壳体的卫星安装区域预留厚度余量、第一加强框和第二加强框与火箭连接的端面留有余量；

(5)测量安装区域平面度和粗糙度、第一壳体、第二壳体、翼板端面以及火箭转接加强框的下端面的阶差是否满足要求；如果不满足要求则返回步骤(4)修改；如果满足要求则进入步骤(6)；

(6)安装第一至第四卫星；主体支架的上端面安装第五卫星转接框，将第五卫星安装到第五卫星转接框上；

(7)一箭五星卫星支架安装到火箭上。

9.如权利要求7所述的卫星支架的装配方法，其特征在于，还包括橡皮胎，能够充满主体支架内部空间，步骤(4)前还包括将橡皮胎填充至主体支架内部。

10.如权利要求7所述的卫星支架的装配方法，其特征在于，第一加强框和第二加强框的下端面留有余量，第一加强框和第二加强框加工有工艺孔对应L形连接板的打孔位置，工艺孔的尺寸小于实际L形连接板连接孔的孔径；通过工艺钉进行连接，在步骤(4)加强框的下端面高度方向的余量去除后，去除工艺钉，将工艺孔扩孔为L形连接板连接孔的孔径，重新进行铆接。