CN110065653B - 小型高轨卫星公用平台的主架构 - Google Patents

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CN110065653B CN201910432054.8A CN201910432054A CN110065653B CN 110065653 B CN110065653 B CN 110065653B CN 201910432054 A CN201910432054 A CN 201910432054A CN 110065653 B CN110065653 B CN 110065653B
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Abstract

本发明提供了一种小型高轨卫星公用平台的主架构，所述小型高轨卫星公用平台的主架构包括外壳、中间隔板、平台舱主承力桁架组和载荷舱承载桁架，其中：所述外壳形成一容置空间，所述中间隔板将所述容置空间分割为平台舱和载荷舱；所述平台舱主承力桁架组对形成平台舱的部分外壳和中间隔板施加支撑力；所述载荷舱承载桁架对形成载荷舱的部分外壳和中间隔板施加支撑力。所述小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力结构由所述平台舱主承力桁架组、所述载荷舱承载桁架、底板内埋框和隔板内埋框组成。

Description

小型高轨卫星公用平台的主架构
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种小型高轨卫星公用平台的主架构。
背景技术
卫星平台主结构是卫星产品的核心技术之一，具有高承载比、高比刚度、高比强度、低成本和易于批产研制的主结构是卫星产品竞争力的有效保证。桁架式卫星主承力结构具有净空间值高、传力特性简洁高效、受运载包络限制少等优点，刚度和整体性均较好，越来越多地作为主承力结构应用到卫星公用平台中，如美国波音公司BSS-601/BSS-702/BSS-702SP系列平台。而针对全电推进的高轨卫星公用平台。
国外通信卫星平台的设计不断向高可靠性、高承载比、低成本、小型化、产品化、型谱化方向发展，以期达到降低卫星研制成本/发射成本、缩短卫星研制周期和提高卫星可靠性的目的。在上述目标驱动下，欧美各国竞相推出全电推平台，其中平台主架构使用桁架式主承力结构是一个重要的发展方向，如美国波音公司BSS-702SP平台、中国东方红公司的DFH-5平台等，成功占据了国内外大量高轨通信卫星市场。而现阶段，我国尚无成功的全电推卫星平台，其高承载比、高比刚度、高比强度、低成本和易于批产研制的桁架式主承力结构显得尤为紧迫和重要。因此，在技术和经济的双重驱动下，在天地一体化天机骨干节点卫星组网的任务需求下，开展完全属于我国自主知识产权的全电推卫星公用平台桁架式主承力结构的研究，显得十分必要和迫切。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型高轨卫星公用平台的主架构，以实现高承载比、高比刚度和高比强度的卫星平台架构。
为解决上述技术问题，本发明提供一种小型高轨卫星公用平台的主架构，所述小型高轨卫星公用平台的主架构包括外壳、中间隔板、平台舱主承力桁架组和载荷舱承载桁架，其中：
所述外壳形成一容置空间，所述中间隔板将所述容置空间分割为平台舱和载荷舱；
所述平台舱主承力桁架组对形成平台舱的部分外壳和中间隔板施加支撑力；
所述载荷舱承载桁架对形成载荷舱的部分外壳和中间隔板施加支撑力；
所述平台舱主承力桁架组与所述中间隔板由隔板内埋框连接，所述平台舱主承力桁架组与所述部分外壳由底板内埋框连接；
所述小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力结构由所述平台舱主承力桁架组、所述载荷舱承载桁架、所述隔板内埋框和所述底板内埋框组成。
可选的，在所述的小型高轨卫星公用平台的主架构中，所述外壳包括底板、顶板、+X侧板、-X侧板、+Y侧板和-Y侧板，其中：
所述底板和所述顶板沿第一方向和第二方向排列；
所述+X侧板和所述-X侧板沿第二方向和第三方向排列；
所述+Y侧板和所述-Y侧板沿第三方向和第一方向排列；
所述第一方向、第二方向和第三方向两两之间相互垂直。
可选的，在所述的小型高轨卫星公用平台的主架构中，所述平台舱主承力桁架组包括星箭转接筒、第一组W型平面桁架、第二组W型平面桁架和第三组W型平面桁架，其中：
所述星箭转接筒用于使所述小型高轨卫星公用平台的主架构与运载设备连接；
所述第一组W型平面桁架与所述+Y侧板和所述-Y侧板平行；
所述第二组W型平面桁架与所述+Y侧板和所述-Y侧板之间具有0～90°的夹角；
所述第三组W型平面桁架与所述+Y侧板和所述-Y侧板之间具有-90°～0的夹角；
所述第一组W型平面桁架、第二组W型平面桁架和第三组W型平面桁架与部分外壳的连接点在圆周内对称且均匀分布，所述第一组W型平面桁架、第二组W型平面桁架和第三组W型平面桁架与中间隔板的连接点相交于中间隔板的中心。
可选的，在所述的小型高轨卫星公用平台的主架构中，所述第二组W型平面桁架与所述+Y侧板和所述-Y侧板之间具有45°的夹角；
所述第三组W型平面桁架与所述+Y侧板和所述-Y侧板之间具有-45°的夹角。
可选的，在所述的小型高轨卫星公用平台的主架构中，所述第一组W型平面桁架、第二组W型平面桁架和第三组W型平面桁架的底部接头通过底板内埋框与所述星箭转接筒相连；所述第一组W型平面桁架、第二组W型平面桁架和第三组W型平面桁架的顶部接头通过隔板内埋框与载荷舱承载桁架连接；
所述底板内埋框和所述隔板内埋框作为所述小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力结构的一部分，分别通过预埋在底板和中间隔板内，使得所述平台舱主承力桁架组、所述外壳和所述中间隔板相连，以使载荷舱中的负载传递至所述小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力架构上。
可选的，在所述的小型高轨卫星公用平台的主架构中，所述+Y侧板和所述-Y侧板之间具有第一加强杆和第二加强杆，第一加强杆和第二加强杆之间布局太阳电池阵驱动机构，提高太阳电池阵驱动机构的安装刚度环境及+Y侧板、-Y侧板的刚度特性，所述第一加强杆和第二加强杆用于连接所述+Y侧板、所述第一组W型平面桁架和所述-Y侧板，以使+Y侧板、-Y侧板的负载传递至所述小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力架构上。
可选的，在所述的小型高轨卫星公用平台的主架构中，所述载荷舱承载桁架呈圆柱状，其底部接头和顶部接头分别与所述中间隔板和所述顶板连接，以使所述顶板的外侧能够串接其他卫星，以用于一箭双星串联发射。
可选的，在所述的小型高轨卫星公用平台的主架构中，其中所述顶板使所述容置空间完全封闭，或部分封闭。
在本发明提供的小型高轨卫星公用平台的主架构中，小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力结构由平台舱主承力桁架组、载荷舱承载桁架、平台舱主承力桁架组与中间隔板的连接处、平台舱主承力桁架组与部分外壳的连接处组成，在实现卫星平台构型布局合理、传力特性高效、高承载比、高比刚度和高比强度的同时，具有体积小、质量轻、成本低等优点，在保证高承载比、高比刚度和高比强度等特点的同时，易于各段内产品设计修改、研制优化和批产集成等。
本发明的小型高轨卫星公用平台的主架构能够满足柔性化载荷配置及一体化设计，适合一箭双星串联发射，解决了高轨卫星快速、灵活组网面临的研制周期长、研制费用高和运载发射费用高的难题。
进一步的，底板内埋框和隔板内埋框作为小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力结构的一部分，通过预埋在底板和中间隔板内，使得平台舱主承力桁架组与各个侧板和中间隔板相连，在通过中间隔板加强了主承力结构横向刚度的同时，易于将中间隔板上卫星单机设备的负载有效传递至主承力结构，力学传递路径清晰高效。通过第一组W型平面桁架的顶部接头与第一加强杆相连，所述第一组W型平面桁架的底部接头与第二加强杆相连，可在+Y侧板和-Y侧板装载较重设备时有效消除两个侧板的局部低频，在不影响两个侧板布局空间的同时保证整星具有足够高的刚度。
另外，顶板可与其他侧板形成平台封闭体结构；也可与载荷进行一体化设计，将载荷舱设计为半封闭体结构，不影响卫星力学特性的基础上易于卫星减重设计。载荷舱承载桁架呈圆柱状，在高效率承载卫星顶板载荷的同时，易于在上方串接卫星进行星间串联结构设计和力学传递，适应高轨卫星一箭双星的发射任务。
本发明提供的小型高轨卫星公用平台的主结构，具有以下优点：
(1)具有传力特性高效、高承载比、高比刚度和高比强度等优点。
(2)主承力结构可灵活调整以适应不同截面形状的构型，载荷舱可一体化灵活设计以适应不同类型载荷配置，具备柔性化设计特性及较高性价比。
(3)具有体积小、质量轻、成本低及适应一箭双星发射的能力，适应高轨卫星一箭双星的发射任务，解决了高轨卫星快速、灵活组网面临的研制周期长、研制费用高和运载发射费用高的难题。
本发明小型高轨卫星公用平台的主架构呈近立方体构型，内分服务舱和载荷舱两个舱段；采用全桁架主承力结构实现高承载比、高比刚度、高比强度和可扩展性，保证卫星良好的力学环境、布局空间及与运载和地面设备接口。
附图说明
图1是本发明一实施例小型高轨卫星公用平台的主架构侧板封闭示意图；
图2是本发明一实施例小型高轨卫星公用平台的主架构侧板打开示意图；
图3是本发明一实施例小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力结构示意图；
图4是本发明一实施例小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力结构力学传递路径示意图；
图中所示：1-平台舱主承力桁架组；2-载荷舱承载桁架；3-底板；4-+Y侧板；5--Y侧板；6-+X侧板；7--X侧板；8-中间隔板；9-顶板；10-星箭转接筒；11-第一组W型平面桁架；12-第二组W型平面桁架；13-第三组W型平面桁架；14-平台舱主承力桁架组的底部接头；15-底板内埋框；16-平台舱主承力桁架组的顶部接头；17-隔板内埋框；18-第一加强杆/第二加强杆。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的小型高轨卫星公用平台的主架构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于提供一种小型高轨卫星公用平台的主架构，以实现高承载比、高比刚度和高比强度的卫星平台架构。
为实现上述思想，本发明提供了一种小型高轨卫星公用平台的主架构，所述小型高轨卫星公用平台的主架构包括外壳、中间隔板、平台舱主承力桁架组和载荷舱承载桁架，其中：所述外壳形成一容置空间，所述中间隔板将所述容置空间分割为平台舱和载荷舱；所述平台舱主承力桁架组对形成平台舱的部分外壳和中间隔板施加支撑力；所述载荷舱承载桁架对形成载荷舱的部分外壳和中间隔板施加支撑力；所述平台舱主承力桁架组与所述中间隔板由隔板内埋框连接，所述平台舱主承力桁架组与所述部分外壳由底板内埋框连接；所述小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力结构由所述平台舱主承力桁架组、所述载荷舱承载桁架、所述隔板内埋框和所述底板内埋框组成。
本发明的实施例提供一种小型高轨卫星公用平台的主架构，如图1～2所示，所述小型高轨卫星公用平台的主架构包括外壳、中间隔板8、平台舱主承力桁架组1和载荷舱承载桁架2，其中：所述外壳形成一容置空间，所述中间隔板8将所述容置空间分割为平台舱和载荷舱；所述平台舱主承力桁架组1对形成平台舱的部分外壳和中间隔板8施加支撑力；所述载荷舱承载桁架2对形成载荷舱的部分外壳和中间隔板8施加支撑力；所述平台舱主承力桁架组1与所述中间隔板8由隔板内埋框17连接，所述平台舱主承力桁架组1与所述部分外壳由底板内埋框15连接；所述小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力结构由所述平台舱主承力桁架组1、所述载荷舱承载桁架2、所述隔板内埋框17和所述底板内埋框15组成。
具体的，在所述的小型高轨卫星公用平台的主架构中，所述外壳包括底板3、顶板9、+X侧板6、-X侧板7、+Y侧板4和-Y侧板5，其中：所述底板3和所述顶板9沿第一方向和第二方向排列(Z轴方向)；所述+X侧板6和所述-X侧板7沿第二方向和第三方向排列(X轴方向)；所述+Y侧板4和所述-Y侧板5沿第三方向和第一方向排列(Y轴方向)；所述第一方向、第二方向和第三方向两两之间相互垂直。
如图3所示，在所述的小型高轨卫星公用平台的主架构中，所述平台舱主承力桁架组1包括星箭转接筒10、第一组W型平面桁架11、第二组W型平面桁架12和第三组W型平面桁架13，其中：所述星箭转接筒10用于使所述小型高轨卫星公用平台的主架构与运载设备连接；所述第一组W型平面桁架11与所述+Y侧板4和所述-Y侧板5平行；所述第二组W型平面桁架12与所述+Y侧板4和所述-Y侧板5之间具有0～90°的夹角；所述第三组W型平面桁架13与所述+Y侧板4和所述-Y侧板5之间具有-90°～0的夹角；所述第一组W型平面桁架、第二组W型平面桁架和第三组W型平面桁架与部分外壳的连接点在圆周内对称且均匀分布，所述第一组W型平面桁架、第二组W型平面桁架和第三组W型平面桁架与中间隔板的连接点相交于中间隔板的中心。当小型高轨卫星公用平台的主架构为正方体时，所述第二组W型平面桁架12与所述+Y侧板4和所述-Y侧板5之间具有45°的夹角；所述第三组W型平面桁架13与所述+Y侧板4和所述-Y侧板5之间具有-45°的夹角。当平台截面尺寸要求设计为非正方形时，第二组W型平面桁架和第三组W型平面桁架与所述+Y侧板4和所述-Y侧板5之间的夹角可以改为对应固定值，保证该第二组W型平面桁架和第三组W型平面桁架与X轴对称分布。
进一步的，在所述的小型高轨卫星公用平台的主架构中，所述第一组W型平面桁架11、第二组W型平面桁架12和第三组W型平面桁架13的底部接头14通过底板内埋框15与所述星箭转接筒10相连；所述第一组W型平面桁架11、第二组W型平面桁架12和第三组W型平面桁架13的顶部接头16通过隔板内埋框17与载荷舱承载桁架2连接；所述底板内埋框15和所述隔板内埋框17作为所述小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力结构的一部分，分别通过预埋在底板3和中间隔板8内，使得所述平台舱主承力桁架组1、所述外壳和所述中间隔板8相连，以使载荷舱中的负载传递至所述小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力架构上。
另外，在所述的小型高轨卫星公用平台的主架构中，所述+Y侧板4和所述-Y侧板5之间具有第一加强杆和第二加强杆18，第一加强杆和第二加强杆18之间布局太阳电池阵驱动机构，提高太阳电池阵驱动机构的安装刚度环境及+Y侧板4、-Y侧板5的刚度特性，所述第一加强杆和第二加强杆18用于连接所述+Y侧板4、所述第一组W型平面桁架11和所述-Y侧板5，以使+Y侧板4、-Y侧板5的负载传递至所述小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力架构上。。所述载荷舱承载桁架2呈圆柱状，其底部接头和顶部接头分别与所述中间隔板8和所述顶板9连接，以使所述顶板9的外侧能够串接其他卫星，以用于一箭双星串联发射。其中所述顶板9使所述容置空间完全封闭，或部分封闭。
在本发明提供的小型高轨卫星公用平台的主架构中，小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力结构由平台舱主承力桁架组1、载荷舱承载桁架2、平台舱主承力桁架组1与中间隔板8的连接处、平台舱主承力桁架组1与部分外壳的连接处组成，在实现卫星平台构型布局合理、传力特性高效、高承载比、高比刚度和高比强度的同时，具有体积小、质量轻、成本低等优点，在保证高承载比、高比刚度和高比强度等特点的同时，易于各段内产品设计修改、研制优化和批产集成等。
本发明的小型高轨卫星公用平台的主架构能够满足柔性化载荷配置及一体化设计，适合一箭双星串联发射，解决了高轨卫星快速、灵活组网面临的研制周期长、研制费用高和运载发射费用高的难题。
进一步的，如图4所示，底板内埋框和隔板内埋框作为小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力结构的一部分，通过预埋在底板和中间隔板内，使得平台舱主承力桁架组与各个侧板和中间隔板相连，在通过中间隔板加强了主承力结构横向刚度的同时，易于将中间隔板上卫星单机设备的负载有效传递至主承力结构，力学传递路径清晰高效。通过第一组W型平面桁架的顶部接头与第一加强杆相连，所述第一组W型平面桁架的底部接头与第二加强杆相连，可在+Y侧板和-Y侧板装载较重设备时有效消除两个侧板的局部低频，在不影响两个侧板布局空间的同时保证整星具有足够高的刚度。
另外，顶板可与其他侧板形成平台封闭体结构；也可与载荷进行一体化设计，将载荷舱设计为半封闭体结构，不影响卫星力学特性的基础上易于卫星减重设计。载荷舱承载桁架呈圆柱状，在高效率承载卫星顶板载荷的同时，易于在上方串接卫星进行星间串联结构设计和力学传递，适应高轨卫星一箭双星的发射任务。
本发明提供的小型高轨卫星公用平台的主结构，具有以下优点：
(1)具有传力特性高效、高承载比、高比刚度和高比强度等优点。
(2)主承力结构可灵活调整以适应不同截面形状的构型，载荷舱可一体化灵活设计以适应不同类型载荷配置，具备柔性化设计特性及较高性价比。
(3)具有体积小、质量轻、成本低及适应一箭双星发射的能力，适应高轨卫星一箭双星的发射任务，解决了高轨卫星快速、灵活组网面临的研制周期长、研制费用高和运载发射费用高的难题。
本发明的小型高轨卫星公用平台的主架构呈近立方体构型，内分服务舱和载荷舱两个舱段；采用全桁架主承力结构实现高承载比、高比刚度、高比强度和可扩展性，保证卫星良好的力学环境、布局空间及与运载和地面设备接口。
综上，上述实施例对小型高轨卫星公用平台的主架构的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种小型高轨卫星公用平台的主架构，其特征在于，所述小型高轨卫星公用平台的主架构包括外壳、中间隔板、平台舱主承力桁架组和载荷舱承载桁架，其中：
所述外壳形成一容置空间，所述中间隔板将所述容置空间分割为平台舱和载荷舱；
所述平台舱主承力桁架组布置于形成平台舱的部分外壳和中间隔板之间，并对形成平台舱的部分外壳和中间隔板施加支撑力；
所述载荷舱承载桁架布置于形成载荷舱的部分外壳和中间隔板之间，并对形成载荷舱的部分外壳和中间隔板施加支撑力；
所述平台舱主承力桁架组与所述中间隔板由隔板内埋框连接，所述平台舱主承力桁架组与所述平台舱的部分外壳由底板内埋框连接；
所述小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力结构由所述平台舱主承力桁架组、所述载荷舱承载桁架、所述隔板内埋框和所述底板内埋框组成。
2.如权利要求1所述的小型高轨卫星公用平台的主架构，其特征在于，所述外壳包括底板、顶板、+X侧板、-X侧板、+Y侧板和-Y侧板，其中：
所述底板和所述顶板沿第一方向和第二方向排列；
所述+X侧板和所述-X侧板沿第二方向和第三方向排列；
所述+Y侧板和所述-Y侧板沿第三方向和第一方向排列；
所述第一方向、第二方向和第三方向两两之间相互垂直。
3.如权利要求2所述的小型高轨卫星公用平台的主架构，其特征在于，所述平台舱主承力桁架组包括星箭转接筒、第一组W型平面桁架、第二组W型平面桁架和第三组W型平面桁架，其中：
所述星箭转接筒用于使所述小型高轨卫星公用平台的主架构与运载设备连接；
所述第一组W型平面桁架与所述+Y侧板和所述-Y侧板平行；
所述第二组W型平面桁架与所述+Y侧板和所述-Y侧板之间具有0～90°的夹角；
所述第三组W型平面桁架与所述+Y侧板和所述-Y侧板之间具有-90°～0的夹角；
所述第一组W型平面桁架、第二组W型平面桁架和第三组W型平面桁架与平台舱的部分外壳的连接点在圆周内对称且均匀分布，所述第一组W型平面桁架、第二组W型平面桁架和第三组W型平面桁架与中间隔板的连接点相交于中间隔板的中心。
4.如权利要求3所述的小型高轨卫星公用平台的主架构，其特征在于，所述第二组W型平面桁架与所述+Y侧板和所述-Y侧板之间具有45°的夹角；
所述第三组W型平面桁架与所述+Y侧板和所述-Y侧板之间具有-45°的夹角。
5.如权利要求3所述的小型高轨卫星公用平台的主架构，其特征在于，所述第一组W型平面桁架、第二组W型平面桁架和第三组W型平面桁架的底部接头通过底板内埋框与所述星箭转接筒相连；所述第一组W型平面桁架、第二组W型平面桁架和第三组W型平面桁架的顶部接头通过隔板内埋框与载荷舱承载桁架连接；
所述底板内埋框和所述隔板内埋框作为所述小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力结构的一部分，分别通过预埋在底板和中间隔板内，使得所述平台舱主承力桁架组、所述外壳和所述中间隔板相连，以使载荷舱中的负载传递至所述小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力结构上。
6.如权利要求3所述的小型高轨卫星公用平台的主架构，其特征在于，所述+Y侧板和所述-Y侧板之间具有第一加强杆和第二加强杆，第一加强杆和第二加强杆之间布局太阳电池阵驱动机构，提高太阳电池阵驱动机构的安装刚度环境及+Y侧板、-Y侧板的刚度特性，所述第一加强杆和第二加强杆用于连接所述+Y侧板、所述第一组W型平面桁架和所述-Y侧板，以使+Y侧板、-Y侧板的负载传递至所述小型高轨卫星公用平台的主架构的主承力结构上。
7.如权利要求2所述的小型高轨卫星公用平台的主架构，其特征在于，所述载荷舱承载桁架呈圆柱状，其底部接头和顶部接头分别与所述中间隔板和所述顶板连接，以使所述顶板的外侧能够串接其他卫星，以用于一箭双星串联发射。
8.如权利要求2所述的小型高轨卫星公用平台的主架构，其特征在于，其中所述顶板使所述容置空间完全封闭，或部分封闭。
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