CN112653036B - 有效载荷结构的加工装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有效载荷结构的加工装配及电缆走线布置方法，包括如下步骤：对底部电子学舱进行整体装配并保证相关的精度要求；在电子学舱的顶部安装穹顶舱半球组件；在穹顶舱半球组件上安装GRD探测器和穹顶舱CPD探测器，并预留2‑4个GRD探测器不安装；对各探测器电缆的走线进行布置；以及在穹顶舱半球组件上安装预留的GRD探测器。本发明实现了有效载荷结构的快速高精度装配，并且有利于后续维护工作。

Description

有效载荷结构的加工装配方法
技术领域
本发明涉及空间天文观测技术领域，具体涉及一种有效载荷结构的加工装配方法。
背景技术
由于太空中存在着大量的空间辐射、带电粒子、高低温交替等严酷的空间环境，故所设计的空间天文观测设备需要满足空间环境的使用要求。且设备在发射阶段还要承受振动、噪声、冲击等力学环境，故设备需要具备足够的刚度、强度和良好的抗力学能力。
针对上述的使用要求，有效载荷整体需要设计一种对有效载荷结构进行加工装配及电缆走线布置方法，从而保证有效载荷结构的安装精度和稳定可靠的线缆布局，并实现有效载荷结构的高度集成化、模块化、全屏蔽化，进而满足空间环境的使用要求。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有效载荷结构的加工装配方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种有效载荷结构的加工装配方法，包括如下步骤：对底部电子学舱进行整体装配并保证相关的精度要求；在电子学舱的顶部安装穹顶舱半球组件；在穹顶舱半球组件上安装GRD探测器和穹顶舱CPD探测器，并预留2-4个GRD探测器不安装；对各探测器电缆的走线进行布置；以及在穹顶舱半球组件上安装预留的GRD探测器。
在一优选实施方式中，对底部电子学舱进行整体装配并保证相关的精度要求包括如下步骤：将载荷处理器的7层框架结构整体装配后加工四个侧面外表面，并在7层框架结构整体装配状态下加工用于将每层框架结构与电子学舱的安装框架的四个侧板相连接的安装螺纹孔，其中，7层框架结构采用L型工装进行整体装配，用以保证载荷处理器装配后整体的外表面平面度；将四个侧板与侧板内部的载荷处理器整体组装，其中，四个侧板外侧顶部和底部均设置有与侧板整体加工的上凸耳和下凸耳；在侧板的上端面及上凸耳的上端面上加工与电子学舱法兰相连接的安装孔位及安装面，并在下凸耳的下端面上加工与整星平台连接的安装孔位及安装面；安装电子学舱CPD探测器；将电子学舱法兰与四个侧板进行组装；将隔热垫与电子学舱法兰胶接为整体，并进行整体机加工。
在一优选实施方式中，电子学舱法兰的上端面边缘位置沿周向开设有环形凹槽，环形凹槽用于设置隔热垫，电子学舱法兰的中央位置开设有多个减重孔，并设置有三角形的电缆穿舱孔，多个减重孔和电缆穿舱孔整体构成矩形结构，并与四个侧板的上端面所围成的矩形结构相对应，隔热垫内径一侧分别与电子学舱法兰和穹顶舱法兰内端面全接触，以形成闭合接触状态。
在一优选实施方式中，将隔热垫与电子学舱法兰胶接为整体，并进行整体机加工具体包括如下步骤：将隔热垫与电子学舱法兰胶接为一体，胶接时使用18个压紧螺钉将隔热垫压紧在电子学舱法兰上，待胶黏剂固化后拆除18个压紧螺钉，将安装有隔热垫的电子学舱法兰与侧板和载荷处理器整体结构进行机加工。
在一优选实施方式中，隔热垫上与穹顶舱接触一侧的加工有18个安装凸台，安装凸台与穹顶舱法兰相接触，并且隔热垫非接触位置沿圆周方向均匀设置有电子学舱法兰安装螺钉避让孔，电子学舱法兰与穹顶舱法兰分别设置有两道止口结构，以形成相对嵌入式连接，并通过电子学舱法兰钛合金安装螺钉固定连接。
在一优选实施方式中，对各探测器电缆的走线进行布置包括如下步骤：将电子学舱内部的多条载荷穿舱电缆用热缩布包覆后使用U型卡箍固定在相对设置的第一侧板和第三侧板内壁上部；将电子学舱内部的对星电缆通过尼龙轧带绑扎并通过对星电缆支架固定在第一侧板和第三侧板内壁下部，并且通过电子学舱的预定位置穿入整星平台；多条载荷穿舱电缆固定后通过电子学舱法兰的电缆穿舱孔进入穹顶舱后形成树冠状的分散布局设置，分别走向各探测器的尾端电子学连接器；穹顶舱内部的电缆通过穹顶舱内部设置的线缆支架完成绑扎固定。
在一优选实施方式中，对各探测器电缆的走线进行布置还包括如下步骤：电子学舱与穹顶舱舱外的热控线通过第二侧板底部靠近第一侧板的一侧开设的通孔穿入舱内，并且通过第一侧板和第三侧板底部靠近第二侧板的一侧开设的螺纹孔与整星接地线连接。
在一优选实施方式中，穹顶舱内部设置的线缆支架的数量为四个，每两个线缆支架相对设置，穹顶舱上布置有25个GRD探测器和6个穹顶舱CPD探测器，并且每个GRD探测器尾部的电缆在穹顶舱内部四个线缆支架进行绑扎时预留能够通过外部进行GRD探测器拆卸更换的长度。
在一优选实施方式中，第一侧板和第三侧板上设置有用于安装调试连接器的安装孔位，其中，在第一侧板靠近第二侧板的一侧沿竖直方向间隔设置有五个9针连接器安装孔位，用于分别连接载荷处理器每一块数据采集PCB，在第三侧板靠近第二侧板的一侧设置有一个25针连接器安装孔位，用于连接载荷处理器数据管理PCB。
在一优选实施方式中，电子学舱CPD探测器的数量为两个，两个电子学舱CPD探测器沿水平方向对称地布置在第一侧板上。
与现有技术相比，本发明的有效载荷结构的加工装配方法的有益效果是：本发明的有效载荷结构的加工装配时，首先完成电子学舱的整体装配并保证相关的精度要求，其次在电子学舱上安装穹顶舱半球组件，接着在穹顶舱半球组件上安装GRD探测器和穹顶舱CPD探测器，并预留2-4个GRD探测器不安装，便于电缆走线布置，最后再安装预留的GRD探测器，实现了设备快速高精度装配，并且有利于后续维护。
附图说明
图1为本发明的优选实施方式的有效载荷结构的加工装配方法流程图。
图2为本发明的优选实施方式的有效载荷结构整体结构示意图。
图3为本发明的优选实施方式的电子学舱的结构示意图。
图4为本发明的优选实施方式的载荷处理器的结构示意图。
图5为本发明的优选实施方式的由四个侧板组成的安装框架的结构示意图。
图6为本发明的优选实施方式的L型工装结构示意图。
图7为本发明的优选实施方式的胶接有隔热垫的电子学舱法兰结构示意图。
图8为本发明的优选实施方式的电子学舱走线布置示意图。
图9为本发明的优选实施方式的穹顶舱内部线缆支架结构示意图。
图10为本发明的优选实施方式的用于穿过舱外热控线的通孔布置示意图。
图11为本发明的优选实施方式的电子学舱调试连接器连线示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本发明优选实施方式的有效载荷结构的加工装配方法，包括如下步骤：步骤101：对底部电子学舱进行整体装配并保证相关的精度要求；步骤102：在电子学舱的顶部安装穹顶舱半球组件（安装穹顶舱半球组件时同时进行装调，保证穹顶舱绕Z轴方向的转动精度满足设计要求）；步骤103：在穹顶舱半球组件上安装GRD探测器和穹顶舱CPD探测器，并预留2-4个GRD探测器不安装；步骤104：对各探测器电缆的走线进行布置；以及步骤105：在穹顶舱半球组件上安装预留的GRD探测器。
如图2-11所示，加工装配好的有效载荷结构包括位于上部的穹顶舱1和位于下部的电子学舱2，穹顶舱1和电子学舱2之间设置有隔热垫3，其中，穹顶舱1为类半球形结构，电子学舱2为箱型结构，穹顶舱1和电子学舱2的电子学部件分别设置在半球形结构和箱型结构的内部。穹顶舱1的底部一体加工有穹顶舱法兰11，电子学舱2顶部安装有一体加工的电子学舱法兰21，隔热垫3为圆环状结构，穹顶舱法兰11、隔热垫3和电子学舱法兰21通过安装螺钉4固定连接。穹顶舱1包括半球组件12、25个GRD探测器13和6个穹顶舱CPD探测器14，半球组件12为类半球结构，上部为球体结构，下部为圆柱体结构，半球组件12的上部设置有17个GRD探测器13和2个穹顶舱CPD探测器14，半球组件12的下部设置有8个GRD探测器13和4个穹顶舱CPD探测器14。电子学舱2包括电子学舱体结构、载荷处理器23和电子学舱CPD探测器24，电子学舱体结构包括电子学舱法兰21和由四个侧板22组成的安装框架。载荷处理器23为7层笼屉式框架结构。每层框架结构均安装有一层PCB，各层PCB之间使用板间连接器实现电连接，且各层框架结构通过贯穿螺钉进行整体连接固定。每层框架结构外侧面设置有与侧板固定连接的螺纹孔231。侧板通过上下凸耳式连接结构分别与电子学舱法兰21及整星平台固定连接，其中上凸耳221的顶部与电子学舱法兰21固定连接，下凸耳222与整星平台固定连接。
在一优选实施方式中，优选的，步骤103中，可以预留3个GRD探测器不安装，以便于电缆走线布置，布置电缆走线时此预留的GRD探测器的电缆同时完成布置。
在一优选实施方式中，步骤101：对底部电子学舱进行整体装配并保证相关的精度要求包括：将载荷处理器的7层框架结构整体装配后加工四个侧面外表面，并在7层框架结构整体装配状态下加工用于将每层框架结构与电子学舱的安装框架的四个侧板相连接的安装螺纹孔。由于载荷处理器23为电子学舱的主要箱体结构，与电子学舱的四个侧板紧密接触，其7层结构整体装配后的四侧面平面度、平行度和垂直度直接决定了电子学舱四个侧板安装后的整体形位公差精度，为此载荷处理器结构设计采取7层结构组件临时装配后整体加工四侧面外表面的形式保证载荷处理器的外部形位公差。如图4所示，将载荷处理器23的7层框架结构整体装配后加工四个侧面外表面，并在7层框架结构整体装配状态下加工用于将每层框架结构与电子学舱的安装框架的四个侧板相连接的安装螺纹孔231，为了保证载荷处理器与四侧板安装螺钉的孔位精度，载荷处理器之上的7层安装螺纹孔同样在整体机加工时完成，防止由于单层加工后装配时累积误差造成孔位超差使得与四侧板安装孔位的位置度超差。除加工时采取整体加工的方式保证载荷处理器的外部精度外，其整体装配时采用L型工装5来保证装配后的整体外形精度，如图6所示，L型工装5的平面度和垂直度均优于载荷处理器23，并且L型工装5上设置有用于连接载荷处理器23侧面的安装孔232。
进一步的，对底部电子学舱进行整体装配并保证相关的精度要求还包括：将四个侧板与安装框架内部的载荷处理器整体组装，四个侧板22外侧顶部和底部均设置有与侧板整体加工的上凸耳221和下凸耳222；在侧板22的上端面及上凸耳221的上端面上加工与电子学舱法兰21相连接的安装孔位233及安装面，并在下凸耳222的下端面上加工与整星平台连接的安装孔位234及安装面；安装电子学舱CPD探测器24；将电子学舱法兰21与四个侧板22进行组装；将隔热垫3与电子学舱法兰21胶接为整体，并进行整体机加工。
实施例2：
在一优选实施方式中，电子学舱法兰21的上端面边缘位置沿周向开设有环形凹槽，环形凹槽用于设置隔热垫3，电子学舱法兰21的中央位置开设有多个减重孔211，并设置有三角形的电缆穿舱孔212，多个减重孔211和电缆穿舱孔212整体构成矩形结构，并与四个侧板的所围成的箱型结构相对应。隔热垫3上与穹顶舱1接触一侧的加工有18个安装凸台31，安装凸台31与穹顶舱法兰11相接触。并且隔热垫非接触位置沿圆周方向均匀设置有电子学舱法兰安装螺钉避让孔32，电子学舱法兰21与穹顶舱法兰11分别设置有两道止口结构，以形成相对嵌入式连接，并通过电子学舱法兰安装螺钉4固定连接。
进一步的，将隔热垫3与电子学舱法兰21胶接为整体，并进行整体机加工，进一步保证隔热垫与穹顶舱接触面的平面度和与整星安装面的平行度。具体的，将隔热垫3与电子学舱法兰21胶接为整体，并进行整体机加工具体包括如下步骤：将隔热垫3与电子学舱法兰21胶接为一体，胶接时使用18个压紧螺钉将隔热垫3压紧在电子学舱法兰21上，待胶黏剂固化后拆除18个压紧螺钉，将安装有隔热垫3的电子学舱法兰21与侧板22和载荷处理器23整体结构进行机加工，保证隔热垫的接触面平面度和平行度。为此隔热垫必须增加用于安装圆法兰螺钉的避让孔。
通过电子学舱载荷处理器、侧板、隔热垫的上述机加工措施保证了穹顶舱绕X轴和Y轴的精度，即最大限度保证了穹顶舱Z轴的指向精度。进一步的，可以优化穹顶舱绕理论Z轴的转动精度保证措施，增加了电子学舱法兰与四侧板装配过程中的装调精测环节，保证电子学舱法兰与四侧板装配时其绕Z轴的精度满足设计要求。
实施例3：
在一优选实施方式中，本发明的有效载荷结构的电缆走线设计思路为进行“树形”的布线设计，电子学舱内的线缆均为“树干”状的电缆，此位置电连接器针数多，线缆较为粗壮。电子学舱内的电缆通过电子学舱法兰的电缆穿舱孔进入穹顶舱后即形成“树冠”状的分散布局设置，分别走向各探测器的尾端电子学电连接器，形成“树冠”结构。
具体的，如图8-9所示，步骤104中，对各探测器电缆的走线进行布置包括如下步骤：将电子学舱内部的多条载荷穿舱电缆401用热缩布包覆后使用U型卡箍402固定在相对设置的第一侧板403和第三侧板404内壁上部，U型卡箍402的设置能够尽可能的利用电子学舱内有限的走线空间，最大限度增加电缆的折弯半径，进步一提高可靠性；将电子学舱内部的对星电缆405通过尼龙轧带绑扎并通过对星电缆支架406固定在第一侧板403和第三侧板404内壁下部，并且通过电子学舱的预定位置穿入整星平台；多条载荷穿舱电缆401固定后通过电子学舱法兰的电缆穿舱孔进入穹顶舱后形成树冠状的分散布局设置，分别走向穹顶舱的各探测器的尾端电子学电连接器；穹顶舱内部的电缆通过穹顶舱内部设置的线缆支架15完成绑扎固定。
进一步的，对各探测器电缆的走线进行布置还包括如下步骤：电子学舱与穹顶舱舱外的热控线通过第二侧板407底部靠近第一侧板403的一侧开设的通孔408穿入舱内，并且通过第一侧板403和第三侧板404底部靠近第二侧板407的一侧开设的螺纹孔与整星接地线连接。
实施例4：
在一优选实施方式中，如图11所示，为了便于电子学的调试及软件更新下载，第一侧板和第三侧板上均设置有用于安装调试连接器的安装孔位，其中，在第一侧板靠近第二侧板的一侧沿竖直方向间隔设置有五个电连接器安装孔位，用于通过数采调试连接器连接线缆411分别连接载荷处理器的每一块数据采集PCB，在第三侧板靠近第二侧板的一侧设置有一个电连接器安装孔位，用于通过数管调试连接器连接线缆412连接载荷处理器的数据管理PCB。
在一优选实施方式中，电子学舱CPD探测器24的数量为两个，两个电子学舱CPD探测器沿水平方向对称地布置在第一侧板上。
实施例5：
在一优选实施方式中，穹顶舱内部设置的线缆支架的数量为四个，每两个线缆支架相对设置，穹顶舱上布置有25个GRD探测器和6个穹顶舱CPD探测器，并且每个GRD探测器尾部的电缆在穹顶舱内部四个线缆支架进行绑扎时预留能够通过外部进行GRD探测器拆卸更换的长度，从而能够保证从穹顶舱外部拆卸更换GRD探测器时，顺利地从穹顶舱外部将GRD探测器全部取出并断开电缆的连接器，更换新的GRD探测器后再将电缆放回穹顶舱内部并固定GRD探测器。需要说明的是，本发明的GRD探测器（伽马射线探测器）和CPD探测器（荷电粒子探测器）均可采用本领域技术人员所公知的结构设计，此处不再赘述。GRD探测器主要功能是实现 8 keV～2 MeV 伽马射线探测，测量伽马暴的光变和能谱，对伽马暴进行定位。GRD探测器 同时给出伽马射线的能量和时间信息，用于物理分析。CPD探测器是用于帮助区分 GRD探测器探测伽马暴和空间荷电粒子事件，可推断暴是由伽马射线还是荷电粒子(以电子为主)组成的，CPD探测器还可监测空间环境荷电粒子流强变化，研究GRD探测器在轨本底。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种有效载荷结构的加工装配方法，其特征在于：包括如下步骤：
对底部电子学舱进行整体装配并保证相关的精度要求；
在电子学舱的顶部安装穹顶舱半球组件；
在穹顶舱半球组件上安装GRD探测器和穹顶舱CPD探测器，并预留2-4个GRD探测器不安装；
对各探测器电缆的走线进行布置；以及
在穹顶舱半球组件上安装预留的GRD探测器；
其中，所述电子学舱包括电子学舱体结构、载荷处理器和电子学舱CPD探测器，电子学舱体结构包括电子学舱法兰和由四个侧板组成的安装框架；
并且其中，所述对各探测器电缆的走线进行布置包括如下步骤：
将所述电子学舱内部的多条载荷穿舱电缆固定在相对设置的第一侧板和第三侧板内壁上部；
将所述电子学舱内部的对星电缆固定在所述第一侧板和第三侧板内壁下部，并且通过电子学舱的预定位置穿入整星平台；
多条所述载荷穿舱电缆固定后通过电子学舱法兰的电缆穿舱孔进入所述穹顶舱后形成树冠状的分散布局设置，分别走向各探测器的尾端电子学连接器；
所述穹顶舱内部的电缆通过穹顶舱内部设置的线缆支架完成绑扎固定。
2.根据权利要求1所述的加工装配方法，其特征在于：对底部电子学舱进行整体装配并保证相关的精度要求包括如下步骤：
将载荷处理器的7层框架结构整体装配后加工四个侧面外表面，并在7层框架结构整体装配状态下加工用于将每层框架结构与所述电子学舱的安装框架的四个侧板相连接的安装螺纹孔，其中，7层框架结构采用L型工装进行整体装配，用以保证载荷处理器装配后整体的外表面平面度；
将四个所述侧板与所述侧板内部的载荷处理器整体组装，其中，四个所述侧板外侧顶部和底部均设置有与侧板整体加工的上凸耳和下凸耳；
在所述侧板的上端面及所述上凸耳的上端面上加工与电子学舱法兰相连接的安装孔位及安装面，并在所述下凸耳的下端面上加工与整星平台连接的安装孔位及安装面；
安装电子学舱CPD探测器；
将所述电子学舱法兰与四个所述侧板进行组装；
将隔热垫与所述电子学舱法兰胶接为整体，并进行整体机加工；
其中，所述穹顶舱和电子学舱之间设置有隔热垫，穹顶舱的底部设置有穹顶舱法兰，电子学舱的顶部安装有电子学舱法兰，所述载荷处理器为7层笼屉式框架结构。
3.根据权利要求2所述的加工装配方法，其特征在于：所述电子学舱法兰的上端面边缘位置沿周向开设有环形凹槽，所述环形凹槽用于设置所述隔热垫，所述电子学舱法兰的中央位置开设有多个减重孔，并设置有三角形的电缆穿舱孔，多个所述减重孔和电缆穿舱孔整体构成矩形结构，并与四个所述侧板的上端面所围成的矩形结构相对应。
4.根据权利要求2所述的加工装配方法，其特征在于：将隔热垫与所述电子学舱法兰胶接为整体，并进行整体机加工具体包括如下步骤：将所述隔热垫与所述电子学舱法兰胶接为一体，胶接时使用18个压紧螺钉将所述隔热垫压紧在所述电子学舱法兰上，待胶黏剂固化后拆除18个压紧螺钉，将安装有隔热垫的电子学舱法兰与侧板和载荷处理器整体结构进行机加工。
5.根据权利要求4所述的加工装配方法，其特征在于：所述隔热垫与穹顶舱接触的一侧加工有18个安装凸台，所述安装凸台与穹顶舱法兰相接触，并且隔热垫非接触位置沿圆周方向均匀设置有电子学舱法兰安装螺钉避让孔，所述电子学舱法兰与穹顶舱法兰分别设置有两道止口结构，以形成相对嵌入式连接，并通过电子学舱法兰安装螺钉固定连接。
6.根据权利要求2所述的加工装配方法，其特征在于：所述电子学舱内部的多条载荷穿舱电缆用热缩布包覆后使用U型卡箍固定在相对设置的第一侧板和第三侧板内壁上部，所述电子学舱内部的对星电缆通过尼龙轧带绑扎并通过对星电缆支架固定在所述第一侧板和第三侧板内壁下部。
7.根据权利要求2所述的加工装配方法，其特征在于：所述对各探测器电缆的走线进行布置还包括如下步骤：所述电子学舱与穹顶舱舱外的热控线通过第二侧板底部靠近第一侧板的一侧开设的通孔穿入舱内，并且通过第一侧板和第三侧板底部靠近第二侧板的一侧开设的螺纹孔与整星接地线连接。
8.根据权利要求6所述的加工装配方法，其特征在于：所述穹顶舱内部设置的所述线缆支架的数量为四个，每两个所述线缆支架相对设置，穹顶舱上布置有25个GRD探测器和6个穹顶舱CPD探测器，并且每个GRD探测器尾部的电缆在穹顶舱内部四个所述线缆支架进行绑扎时预留能够通过外部进行GRD探测器拆卸更换的长度。
9.根据权利要求8所述的加工装配方法，其特征在于：所述第一侧板和第三侧板上设置有用于安装调试连接器的安装孔位，其中，在所述第一侧板靠近第二侧板的一侧沿竖直方向间隔设置有五个电连接器安装孔位，用于分别连接载荷处理器的每一块数据采集PCB，在所述第三侧板靠近第二侧板的一侧设置有一个电连接器安装孔位，用于连接载荷处理器的数据管理PCB。
10.根据权利要求2所述的加工装配方法，其特征在于：所述电子学舱CPD探测器的数量为两个，两个所述电子学舱CPD探测器沿水平方向对称地布置在第一侧板上。
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