CN112298605A - 一种板杆式卫星主结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种板杆式卫星主结构，包括：对接环、主承力隔板、第一杆系、第二杆系及矩形箱体；对接环的上端面设有主承力连接法兰；矩形箱体的背地板固定在对接环上；主承力隔板安装在矩形箱体内，并将所述矩形箱体的内腔分隔为两个相同的腔体，主承力隔板的面板上内埋有两个V形结构的承力梁；V形结构的两端分别穿过所述背地板后，与对接环上的主承力连接法兰对应连接；相同的第一杆系和第二杆系分别安装在两个相同的腔体内，并分别穿过所述背地板后，与对接环上的主承力连接法兰一一对应连接；该结构的承载能力能够达到中型卫星要求，结构开敞性好，利于总装操作，设备便于布局，舱体容量大，结构干重小，实现结构高效承载。
Description
技术领域
本发明属于航天器结构技术领域，具体涉及一种板杆式卫星主结构。
背景技术
卫星的主承力结构的主要功能是：承受卫星发射段的动载荷和静载荷，保证结构不被破坏或变形；为星上设备提供安装接口并保持稳定的精度。
卫星主结构常用的有三种结构形式，分别是承力筒式、箱板式和桁架式。三种结构形式的卫星均有各自的特点。
承力筒式卫星多用于中型及大型卫星，承载能力相对强，贮箱通常上下串联安装，质心较高，结构开敞性较差，对设备布局不利，承力筒内部空间利用率低，操作不便。箱板式卫星具有平整的设备安装面、舱体容量大且利于设备布局，但箱板式卫星主承力结构局部强度低，板与对接环连接局部承载能力小，只适用于小型卫星。桁架式卫星承载能力强，适用于大型和超大型载荷的卫星，桁架式卫星多适用于大型集中载荷传递，通过桁架连接点传递集中载荷，不太适用于分散载荷和高集成中小型卫星。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种板杆式卫星主结构，该结构的承载能力能够达到中型卫星要求(2t以上)，结构开敞性好，利于总装操作，设备便于布局，舱体容量大，结构干重小，实现结构高效承载。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种板杆式卫星主结构，包括：对接环、主承力隔板、第一杆系、第二杆系及矩形箱体；
所述对接环的上端面上设有六个沿其周向均布的主承力连接法兰，下端面用于与外部的运载接口对接；
令矩形箱体的上端面为对地板，下端面为背地板；
所述矩形箱体的背地板固定在对接环上，且背地板上加工有与所述对接环的六个主承力连接法兰一一对应的通孔；
所述主承力隔板的一端固定在对地板上，另一端固定在背地板上；所述主承力隔板将所述矩形箱体的内腔分隔为两个相同的腔体，令两个腔体分别为第一腔体和第二腔体；其中，所述主承力隔板的面板上内埋有两个承力梁；两个承力梁布置为V形结构，所述V形结构的尖端位于主承力隔板的中部，V形结构的两端延伸至面板的边缘，且V形结构的两端分别安装有第六主承力接头和第七主承力接头；所述第六主承力接头和第七主承力接头分别穿过所述背地板上对应的通孔后，与对接环上的主承力连接法兰一一对应连接；
所述第一杆系安装在第一腔体内，所述第二杆系安装在第二腔体内；所述第一杆系和第二杆系以所述主承力隔板为对称面镜像对称分布；
其中，所述第一杆系设有五个端部，第一端部固定在对地板上，第二端部固定在主承力隔板上，第三端部固定在矩形箱体的一个侧板上，第四端部及第五端部分别穿过所述背地板上对应的通孔后，与对接环上的主承力连接法兰一一对应连接。
进一步的，所述矩形箱体的背地板包括：第一背地板和第二背地板；所述矩形箱体的的侧板为四个结构板；
四个所述结构板分别为第一结构板、第二结构板、第三结构板及第四结构板；第一结构板、第二结构板、第三结构板及第四结构板分别固连为两端开口的矩形框架；其中，所述第一结构板和第四结构板相对，第二结构板和第三结构板相对；
所述对地板固定在所述矩形框架的一个开口端，并将所述矩形框架的该端开口封闭；所述第一背地板和第二背地板并列布置，并分别固定在所述矩形框架的另一个开口端，所述第一背地板和第二背地板将所述矩形框架的该端开口封闭。
进一步的，所述主承力隔板的一端固定在对地板上，主承力隔板的另一端固定在第一背地板和第二背地板对接处，且主承力隔板分别与第二结构板和第三结构板平行。
进一步的，所述第一杆系包括：第一主承力杆、第二主承力杆、第三主承力杆、第四主承力杆、横杆、第一上杆、第二上杆、第一主承力接头、第二主承力接头、第三接头、第四接头及第五接头；
所述第一主承力杆和第二主承力杆的底部均与第一主承力接头固连；所述第三主承力杆和第四主承力杆的底部均与第二主承力接头固连；第一主承力杆和第三主承力杆的顶部均与第三接头固连；第二主承力杆和第四主承力杆的顶部均与第四接头固连；所述横杆的两端分别与第三接头和第四接头固连；所述第一上杆的底部与第三接头固连，所述第二上杆的底部与第四接头固连，第一上杆和第二上杆的顶部均与第五接头固连；
所述第五接头固定在对地板上；所述第三接头固定在第二结构板上；所述第四接头固定在主承力隔板的V形结构一侧的尖端上；所述第一主承力接头和第二主承力接头分别穿过所述背地板上对应的通孔后，与对接环上的主承力连接法兰一一对应连接。
进一步的，所述对地板的内端面安装有两个以上支撑隔板，用于支撑安装在对地板外端面上的设备。
进一步的，所述第一杆系和第二杆系内的杆体均采用碳纤维材料杆；所述第一杆系和第二杆系内的接头及第六主承力接头和第七主承力接头均采用金属接头；每个金属接头均由安装法兰和金属圆管组成，所述安装法兰用于与对接环、结构板、主承力隔板及对地板连接，所述金属圆管用于与第一杆系和第二杆系内的杆体及两个承力梁固连。
进一步的，所述主承力隔板的面板、第一背地板、第二背地板、对地板及四个结构板均包括：上蒙皮、下蒙皮及蜂窝芯子；上蒙皮和下蒙皮分别通过粘接固定在蜂窝芯子的两端面，形成蜂窝夹层板；其中，所述蜂窝芯子均采用铝合金材料；所述主承力隔板的面板、第一背地板、第二背地板、对地板、第二结构板及第三结构板的上蒙皮和下蒙皮均采用碳纤维复合材料；所述第一结构板和第四结构板的上蒙皮和下蒙皮均采用铝合金材料；
所述主承力隔板的两个承力梁均采用M55J碳纤维。
进一步的，所述对接环为一体式环形金属框。
有益效果：(1)本发明采用杆系结构(即第一杆系和第二杆系)和板式结构(即主承力隔板)相结合作为卫星主承力结构，及采用杆系结构作为卫星主承力结构，杆系结构与主承力隔板的内埋梁形成稳定主承力体系，能够提高主承力连接接头局部的强度，提高整舱刚度，克服箱板式卫星承载能力弱的问题，提高卫星承载能力，承载能力经过验证能够达到2.5t，相比箱板式卫星承载能力显著提高；且轻量化的杆系结构的结构干重占比小(190kg)，高效利用了卫星资源，且能够适用于小型集中载荷的传递。
(2)本发明的结构中无水平中隔板，卫星内部空间不被打断，可用空间连续且杆系结构占用结构空间小，舱体容量大，便于总装操作和设备布局；且杆系结构的开敞性好，大量电缆或管路可直接穿过，避免在结构板上大量开口，保证了结构刚度。
(3)本发明的主承力隔板的面板采用碳纤维的蜂窝夹层结构，内埋有两个承力梁，承力梁与第六主承力接头、第七主承力接头及杆系结构的接头连接，提高了卫星刚度，扩散了集中载荷，提高了主承力隔板的承载能力。
(4)本发明的接头均采用金属接头，接头的局部承载能力能够达到7t，承载能力强，远高于箱板式卫星。
(5)本发明的杆系结构为一体化杆系，第一杆系和第二杆系内的杆体和接头形成整体杆系后再参与部装，大幅度简化了部装工序，保证了装配精度。
(6)本发明的对接环的1194A标准接口与外部的运载接口对接，卫星主承力点为六点对称连接，即对接环的六个的主承力连接法兰分别与第六主承力接头、第七主承力接头、第一杆系的第一主承力接头和第二主承力接头及第二杆系的第一主承力接头和第二主承力接头一一对应连接的连接点，作为卫星主承力点；六个卫星主承力点为为卫星的固定接口，卫星可根据需求改变外型大小而不改变主结构，主结构适应性强。
附图说明
图1为本发明的结构组成图；
图2为本发明的俯视图；
图3为主承力隔板的示意图；
图4为第一杆系和第二杆系的组成示意图；
图5为第一杆系的组成图；
图6为第一主承力接头和第二主承力接头的示意图；
图7为第三接头的示意图；
其中，1-对接环，2-第一杆系，3-第二杆系，4-主承力隔板，5-第一背地板，6-第二背地板，7-第一结构板，8-第二结构板，9-第三结构板，10-第四结构板，11-对地板，12-支撑隔板，13-第六主承力接头，14-第七主承力接头，15-第二主承力杆，16-第三主承力杆，17-第一主承力杆，18-第四主承力杆，19-横杆，20-第一上杆，21-第二上杆，22-第一主承力接头，23-第二主承力接头，24-第三接头，25-第四接头，26-第五接头，27-第一承力梁，28-第二承力梁。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。对接环1
本实施例提供了一种板杆式卫星主结构，参见附图1-2，包括：对接环1、主承力隔板4、第一杆系2、第二杆系3、第一背地板5、第二背地板6、对地板11及四个结构板；
所述对接环1为一体式环形金属框，对接环1的上端面上设有六个沿其周向均布的主承力连接法兰，下端面为1194A标准接口，用于与外部的运载接口对接；
四个所述结构板分别为第一结构板7、第二结构板8、第三结构板9及第四结构板10；第一结构板7、第二结构板8、第三结构板9及第四结构板10分别通过结构角条固连为两端开口的矩形框架；其中，所述第一结构板7和第四结构板10相对，第二结构板8和第三结构板9相对；
所述对地板11通过结构角条固定在所述矩形框架的一个开口端，并将所述矩形框架的该端开口封闭；所述第一背地板5和第二背地板6并列布置，并分别通过结构角条固定在所述矩形框架的另一个开口端，所述第一背地板5和第二背地板6将所述矩形框架的该端开口封闭；所述矩形框架、对地板11、第一背地板5和第二背地板6组成封闭的矩形箱体；
所述矩形箱体的第一背地板5和第二背地板6通过螺钉固定在对接环1上，且第一背地板5和第二背地板6组成的背地板上加工有与所述对接环1的六个主承力连接法兰一一对应的通孔；
参见附图3，所述主承力隔板4的一端通过结构角条固定在对地板11上，主承力隔板4的另一端固定在第一背地板5和第二背地板6对接处，且主承力隔板4分别与第二结构板8和第三结构板9平行；所述主承力隔板4将所述矩形箱体的内腔分隔为两个相同的腔体，令两个腔体分别为第一腔体和第二腔体；其中，所述主承力隔板4为梁-板复合结构，即主承力隔板4的面板上内埋有两个承力梁；令两个承力梁分别为第一承力梁27和第二承力梁28；第一承力梁27和第二承力梁28布置为V形结构，所述V形结构的尖端(即第一承力梁27和第二承力梁28的交汇端)位于主承力隔板4的中部，V形结构的两端(即第一承力梁27和第二承力梁28的末端)延伸至面板的边缘，且V形结构的两端分别通过螺钉安装有第六主承力接头13和第七主承力接头14；所述第六主承力接头13和第七主承力接头14分别穿过所述背地板上对应的通孔后，通过螺钉与对接环1上的主承力连接法兰一一对应连接；
参见附图4，所述第一杆系2安装在第一腔体内，所述第二杆系3安装在第二腔体内；所述第一杆系2和第二杆系3以所述主承力隔板4为对称面镜像对称分布；
参见附图5-7，所述第一杆系2包括：第一主承力杆17、第二主承力杆15、第三主承力杆16、第四主承力杆18、横杆19、第一上杆20、第二上杆21、第一主承力接头22、第二主承力接头23、第三接头24、第四接头25及第五接头26；
所述第一主承力杆17和第二主承力杆15的底部均通过胶黏剂与第一主承力接头22固连；所述第三主承力杆16和第四主承力杆18的底部均通过胶黏剂与第二主承力接头23固连；第一主承力杆17和第三主承力杆16的顶部均通过胶黏剂与第三接头24固连；第二主承力杆15和第四主承力杆18的顶部均通过胶黏剂与第四接头25固连；所述横杆19的两端分别通过胶黏剂与第三接头24和第四接头25固连；所述第一上杆20的底部通过胶黏剂与第三接头24固连，所述第二上杆21的底部通过胶黏剂与第四接头25固连，第一上杆20和第二上杆21的顶部均通过胶黏剂与第五接头26固连；
所述第五接头26通过螺钉固定在对地板11上；所述第三接头24通过螺钉固定在第二结构板8上；所述第四接头25通过螺钉固定在主承力隔板4的V形结构一侧的尖端上；所述第一主承力接头22和第二主承力接头23分别穿过所述背地板上对应的通孔后，通过螺钉与对接环1上的主承力连接法兰一一对应连接。
其中，所述第一杆系2和第二杆系3内的杆体均采用碳纤维材料杆；所述第一杆系2和第二杆系3内的接头及第六主承力接头13和第七主承力接头14均采用金属接头；每个金属接头均由安装法兰和金属圆管组成，所述安装法兰用于与对接环1、结构板、主承力隔板4及对地板11连接，所述金属圆管用于与第一杆系2和第二杆系3内的杆体及两个承力梁胶接；
所述主承力隔板4的面板、第一背地板5、第二背地板6、对地板11及四个结构板均采用蜂窝夹层板结构，即均包括：上蒙皮、下蒙皮及蜂窝芯子；上蒙皮和下蒙皮分别通过粘接固定在蜂窝芯子的两端面，形成蜂窝夹层板；其中，所述蜂窝芯子均采用铝合金材料；所述主承力隔板4的面板、第一背地板5、第二背地板6、对地板11、第二结构板8及第三结构板9的上蒙皮和下蒙皮均采用碳纤维复合材料；所述第一结构板7和第四结构板10的上蒙皮和下蒙皮均采用铝合金材料，便于散热；
所述主承力隔板4的两个承力梁均采用M55J碳纤维；所述主承力隔板4的面板上加工有减重孔；
由于卫星的对地板11的外端面通常安装有大质量设备，对地板11的内端面可根据需求安装支撑隔板12，支撑隔板13的位置和数量根据所述大质量设备排布；本实施例中采用四个支撑隔板13。
工作原理：对接环1的六个的主承力连接法兰分别与第六主承力接头13、第七主承力接头14、第一杆系的第一主承力接头和第二主承力接头及第二杆系的第一主承力接头和第二主承力接头一一对应连接的连接点，作为卫星主承力点；
载荷通过第一杆系2、第二杆系3及主承力隔板4传递给六个卫星主承力点，所述六个卫星主承力点再将载荷直接传递给对接环1；
其中，所述第一背地板5和第二背地板6组成的背地板上加工有与所述对接环1的六个主承力连接法兰一一对应的通孔，使得卫星的载荷直接通过六个卫星主承力点直接传递到对接环1，而不经过所述背地板，避免第一背地板5和第二背地板6的局部为承载而加强，增加结构重量。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种板杆式卫星主结构，其特征在于，包括：对接环(1)、主承力隔板(4)、第一杆系(2)、第二杆系(3)及矩形箱体；
所述对接环(1)的上端面上设有六个沿其周向均布的主承力连接法兰，下端面用于与外部的运载接口对接；
令矩形箱体的上端面为对地板(11)，下端面为背地板；
所述矩形箱体的背地板固定在对接环(1)上，且背地板上加工有与所述对接环(1)的六个主承力连接法兰一一对应的通孔；
所述主承力隔板(4)的一端固定在对地板(11)上，另一端固定在背地板上；所述主承力隔板(4)将所述矩形箱体的内腔分隔为两个相同的腔体，令两个腔体分别为第一腔体和第二腔体；其中，所述主承力隔板(4)的面板上内埋有两个承力梁；两个承力梁布置为V形结构，所述V形结构的尖端位于主承力隔板(4)的中部，V形结构的两端延伸至面板的边缘，且V形结构的两端分别安装有第六主承力接头(13)和第七主承力接头(14)；所述第六主承力接头(13)和第七主承力接头(14)分别穿过所述背地板上对应的通孔后，与对接环(1)上的主承力连接法兰一一对应连接；
所述第一杆系(2)安装在第一腔体内，所述第二杆系(3)安装在第二腔体内；所述第一杆系(2)和第二杆系(3)以所述主承力隔板(4)为对称面镜像对称分布；
其中，所述第一杆系(2)设有五个端部，第一端部固定在对地板(11)上，第二端部固定在主承力隔板(4)上，第三端部固定在矩形箱体的一个侧板上，第四端部及第五端部分别穿过所述背地板上对应的通孔后，与对接环(1)上的主承力连接法兰一一对应连接。
2.如权利要求1所述的一种板杆式卫星主结构，其特征在于，所述矩形箱体的背地板包括：第一背地板(5)和第二背地板(6)；所述矩形箱体的的侧板为四个结构板；
四个所述结构板分别为第一结构板(7)、第二结构板(8)、第三结构板(9)及第四结构板(10)；第一结构板(7)、第二结构板(8)、第三结构板(9)及第四结构板(10)分别固连为两端开口的矩形框架；其中，所述第一结构板(7)和第四结构板(10)相对，第二结构板(8)和第三结构板(9)相对；
所述对地板(11)固定在所述矩形框架的一个开口端，并将所述矩形框架的该端开口封闭；所述第一背地板(5)和第二背地板(6)并列布置，并分别固定在所述矩形框架的另一个开口端，所述第一背地板(5)和第二背地板(6)将所述矩形框架的该端开口封闭。
3.如权利要求2所述的一种板杆式卫星主结构，其特征在于，所述主承力隔板(4)的一端固定在对地板(11)上，主承力隔板(4)的另一端固定在第一背地板(5)和第二背地板(6)对接处，且主承力隔板(4)分别与第二结构板(8)和第三结构板(9)平行。
4.如权利要求2所述的一种板杆式卫星主结构，其特征在于，所述第一杆系(2)包括：第一主承力杆(17)、第二主承力杆(15)、第三主承力杆(16)、第四主承力杆(18)、横杆(19)、第一上杆(20)、第二上杆(21)、第一主承力接头(22)、第二主承力接头(23)、第三接头(24)、第四接头(25)及第五接头(26)；
所述第一主承力杆(17)和第二主承力杆(15)的底部均与第一主承力接头(22)固连；所述第三主承力杆(16)和第四主承力杆(18)的底部均与第二主承力接头(23)固连；第一主承力杆(17)和第三主承力杆(16)的顶部均与第三接头(24)固连；第二主承力杆(15)和第四主承力杆(18)的顶部均与第四接头(25)固连；所述横杆(19)的两端分别与第三接头(24)和第四接头(25)固连；所述第一上杆(20)的底部与第三接头(24)固连，所述第二上杆(21)的底部与第四接头(25)固连，第一上杆(20)和第二上杆(21)的顶部均与第五接头(26)固连；
所述第五接头(26)固定在对地板(11)上；所述第三接头(24)固定在第二结构板(8)上；所述第四接头(25)固定在主承力隔板(4)的V形结构一侧的尖端上；所述第一主承力接头(22)和第二主承力接头(23)分别穿过所述背地板上对应的通孔后，与对接环(1)上的主承力连接法兰一一对应连接。
5.如权利要求1所述的一种板杆式卫星主结构，其特征在于，所述对地板(11)的内端面安装有两个以上支撑隔板(12)，用于支撑安装在对地板(11)外端面上的设备。
6.如权利要求4所述的一种板杆式卫星主结构，其特征在于，所述第一杆系(2)和第二杆系(3)内的杆体均采用碳纤维材料杆；所述第一杆系(2)和第二杆系(3)内的接头及第六主承力接头(13)和第七主承力接头(14)均采用金属接头；每个金属接头均由安装法兰和金属圆管组成，所述安装法兰用于与对接环(1)、结构板、主承力隔板(4)及对地板(11)连接，所述金属圆管用于与第一杆系(2)和第二杆系(3)内的杆体及两个承力梁固连。
7.如权利要求2所述的一种板杆式卫星主结构，其特征在于，所述主承力隔板(4)的面板、第一背地板(5)、第二背地板(6)、对地板(11)及四个结构板均包括：上蒙皮、下蒙皮及蜂窝芯子；上蒙皮和下蒙皮分别通过粘接固定在蜂窝芯子的两端面，形成蜂窝夹层板；其中，所述蜂窝芯子均采用铝合金材料；所述主承力隔板(4)的面板、第一背地板(5)、第二背地板(6)、对地板(11)、第二结构板(8)及第三结构板(9)的上蒙皮和下蒙皮均采用碳纤维复合材料；所述第一结构板(7)和第四结构板(10)的上蒙皮和下蒙皮均采用铝合金材料；
所述主承力隔板(4)的两个承力梁均采用M55J碳纤维。
8.如权利要求1所述的一种板杆式卫星主结构，其特征在于，所述对接环(1)为一体式环形金属框。
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