CN113665845A - 用于堆叠卫星的结构承载装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了航天卫星技术领域的一种用于堆叠卫星的结构承载装置，包括卫星单体和压紧块组件；卫星单体包括底板和多块隔板，多块隔板固定设置在所述底板上；压紧块组件包括多个压紧块件，压紧块件包括定位柱和固定部，多个压紧块采用不同数量的固定部周向设置在定位柱上的结构形式，且多个压紧块采用固定部对应定位柱不同端面设置的结构形式；不同结构的压紧块通过定位柱固定设置在底板与隔板上，多个卫星单体通过不同的压紧块相互配合进行固定。本发明能够实现卫星的高容积比，在整流罩有限空间内布局更多卫星，提高空间容积利用率，为有散热需求的星上仪器设备的温度控制提供了极大的便利。

Description

用于堆叠卫星的结构承载装置

技术领域

本发明涉及航天卫星技术领域，具体地，涉及一种用于堆叠卫星的结构承载装置。

背景技术

针对地面网络覆盖受限、易受自然环境影响等不足，卫星通信可有效解决边远散、海上、空中等用户的互联网服务问题。近年来，美国、加拿大等国家相继提出全球低轨互联网星座计划，掀起了互联网卫星星座的技术热潮。为增强我国在该领域的竞争力，进一步巩固和提升未来国际影响力，我国的低轨卫星星座建设工作也陆续展开。通过调研与分析发现，如沿用传统卫星立方体构型来设计堆叠卫星，存在卫星群整体高度过高、固有频率偏低、发射数量严重受限等问题，由此可见卫星构型的优化设计以及卫星群在整流罩内的布局形式是实现卫星星座组网的关键技术。

经现有技术检索发现，中国发明专利公告号为CN107889482B，公开了一种可堆叠卫星和其堆叠方法，包括卫星框架和附接到所述框架的至少一个垂直支柱。所述垂直支柱具有上端和下端。所述上端耦接到上方的卫星的垂直支柱的下端，并且所述下端耦接到下方的卫星的垂直支柱的上端。所述垂直支柱基本上接收可堆叠式卫星以及堆叠在上方的任何其它卫星的所有垂直载荷。但是上述专利存在以下不足：卫星整体尺寸较小，很难适应多载荷、大载荷的安装需求。

经现有技术检索发现，中国发明专利公告号为CN106043741B，公开了一种适应一箭多星发射的卫星构型设计方法。本发明针对低倾角轨道太阳角大范围变化的光照特点，将卫星梯形截面下底所对应的外表面改进为由三块板围成拱形作为固定太阳电池阵的安装面，对三块电池板夹角进行迭代优化方法。但是上述专利存在以下不足：中心承力结构的应用以及底部拱形的构型导致运载发射空间的严重浪费，导致运载圆周包络有效利用率不高。

经现有技术检索发现，“‘一箭多星’发射低地球轨道卫星的构型优化设计方法”，刊号为：11-5574/V。该文献设计了一种考虑多星-单星耦合作用的卫星构型，主要通过多星分配器将卫星群实现卫星的串并联混合布局。但是上述专利存在以下不足：多星分配器降低了对运载空间的利用效率，最多仅能容纳一箭八星，难以适应卫星群快速部署的应用需求。

故提出一种用于堆叠卫星的结构承载装置，通过设计凸字型外轮廓和扁平化构型配合金属压紧块承力结构，避免了卫星群中心承力结构的使用，能够有效降低卫星群整体质心高度，提升运载整流罩圆周利用率以及运载发射能力的利用率，更好地适应一箭多星发射以及卫星星座快速组网的需求，进一步加快推进我国低轨卫星星座组网应用进程。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于堆叠卫星的结构承载装置。

根据本发明提供的一种用于堆叠卫星的结构承载装置，包括卫星单体和压紧块组件；

所述卫星单体包括底板和隔板，所述隔板设有多块，多块所述隔板固定设置在所述底板上，且所述隔板与所述底板相互垂直设置；

所述压紧块组件包括多个压紧块件，所述压紧块件包括定位柱和固定部，多个所述压紧块采用不同数量的固定部周向设置在所述定位柱上的结构形式，且多个所述压紧块采用所述固定部对应所述定位柱不同端面设置的结构形式；

不同结构的所述压紧块通过定位柱固定设置在所述底板与所述隔板上，多个所述卫星单体通过不同的压紧块相互配合进行固定。

一些实施方式中，所述底板包括为卫星设备提供安装的安装面，所述安装面上固定设置太阳阵，所述隔板设置在所述底板未设有太阳阵的表面上。

一些实施方式中，所述底板采用铝合金蜂窝夹层板，所述底板的长度为3200mm，所述底板的宽度为1600mm，所述底板的厚度为15mm，所述底板的外轮廓采用凸字型结构形式。

一些实施方式中，所述隔板采用为卫星设备提供安装接口的蜂窝夹层板结构形式，所述隔板的高度为273mm，多块所述隔板的长度为126mm-1525mm，所述隔板的厚度为10mm。

一些实施方式中，所述压紧块组件包括第一压紧块、第二压紧块以及第三压紧块，所述第一压紧块、所述第二压紧块以及所述第三压紧块分别采用一体化镁合金薄壁承力结构，所述第一压紧块、所述第二压紧块以及所述第三压紧块的高度均为330mm。

一些实施方式中，所述定位柱的上端面设有耦合凸缘，所述定位柱的下端面设有耦合凹槽，所述固定部的上端面设有突起块，所述固定部的下端面设有防剪切凹槽，不同结构的压紧块通过所述耦合凸缘与所述耦合凹槽对应进行定位，且不同结构的压紧块通过所述突起块与所述防剪切凹槽相对应进行固定。

一些实施方式中，所述第一压紧块对应设置在所述底板的X轴方向上，所述第一压紧块包括一个所述定位柱和三个所述固定部，一个所述定位柱的高度与三个所述固定部的高度相同，三个所述固定部包括第一固定体、第二固定体以及第三固定体，所述第一固定体与所述第二固定体相互间隔90°设置，所述第二固定体与所述第三固定体相互间隔90°设置。

一些实施方式中，所述第二压紧块对应设置在所述底板的正Y轴方向上，所述第二压紧块包括一个所述定位柱和两个所述固定部，一个所述定位柱的高度为两个所述固定部的高度的二分之一，两个所述固定部相互垂直设置，所述定位柱设置在靠近所述固定部的上端面的一端。

一些实施方式中，所述第三压紧块对应设置在所述底板的负Y轴方向上，所述第三压紧块包括一个所述定位柱和两个所述固定部，一个所述定位柱的高度为两个所述固定部的高度的二分之一，两个所述固定部相互垂直设置，所述定位柱设置在靠近所述固定部的下端面的一端。

一些实施方式中，所述防剪切凹槽采用半圆柱形，所述定位柱采用空心圆柱结构形式，所述圆柱的外径为150mm，所述圆柱的壁厚为6mm；所述固定部采用长方体结构形式，所述固定部的宽度为50mm，所述固定部的长度为450mm，所述固定部的壁厚为4mm。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过设置底板和隔板，采用了扁平化堆叠构型，配合使用扁平化单机，能够实现卫星的高容积比，在整流罩有限空间内布局更多卫星，提高空间容积利用率；

2、本发明通过设置凸字型构型的底板，以提高运载整流罩圆周截面利用率，降低卫星群整体高度，同时为大面积太阳阵提供安装面，并仅设计底板和隔板，未设计单独的顶板，在减轻结构重量的同时，为有散热需求的星上仪器设备的温度控制提供了极大的便利；

3、本发明通过设置压紧块组件，在圆柱结构部分的定位柱设计耦合凸缘和耦合凹槽，在伸出长方体部分的固定部设计突起块和防剪切凹槽，实现发射段堆叠卫星之间紧固可靠连接，不需要单独的中心承力结构，能够有效降低卫星群整体质心高度，提高运载整流罩圆周利用率以及运载发射重量的有效利用率，在同等的运载约束条件下，能够布局更多卫星、更大载荷，更好地满足卫星组网快速部署的需求；

4、本发明通过采用长度为3200mm、宽度为1600mm、厚度为15mm的底板，为星上仪器设备布局留出足够空间，提供可靠的安装环境，便于操作安装，并采用铝合金蜂窝夹层板结构作为底板和隔板，生产加工速度快、工艺成熟，能够更好地配合批量化生产需求，进一步缩短制造周期和降低成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明用于堆叠卫星的结构承载装置的结构示意图一；

图2为本发明用于堆叠卫星的结构承载装置的结构示意图二；

图3为本发明用于堆叠卫星的结构承载装置的装配正视图；

图4为本发明用于堆叠卫星的结构承载装置的装配示意图；

图5为本发明第一压紧块的结构示意图；

图6为本发明第二压紧块的结构示意图；

图7为本发明第三压紧块的结构示意图。

附图标记：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

建立卫星的布局坐标系(O-XYZ)，定义如下：

坐标原点O：卫星单体的底板下底边中点；

OZ轴：垂直于卫星单体的底板，指向隔板所在方向；

OX轴：沿坐标原点指向卫星单体上底边中点；

Y轴：与X、Z轴成右手系。

如图1所示为用于堆叠卫星的结构承载装置的结构示意图一，如图2所示为用于堆叠卫星的结构承载装置的结构示意图二，包括卫星单体11和压紧块组件。卫星单体11包括底板1和隔板2，隔板2设有多块，多块隔板2固定设置在底板1上，且隔板2与底板1相互垂直设置。压紧块组件包括多个压紧块件，压紧块件包括定位柱12和固定部13，多个压紧块采用不同数量的固定部13周向设置在定位柱12上的结构形式，且多个压紧块采用固定部13对应定位柱12不同端面设置的结构形式。

如图3所示为用于堆叠卫星的结构承载装置的装配正视图，如图4所示为用于堆叠卫星的结构承载装置的装配示意图，不同结构的压紧块通过定位柱12相互对应，且不同结构的压紧块通过固定部13固定设置在底板1与隔板2上，多个卫星单体11通过不同的压紧块相互配合进行固定。

底板1包括为卫星设备提供安装的安装面，安装面上固定设置太阳阵6，隔板2设置在底板1未设有太阳阵6的表面上。在本实施例中，底板1采用铝合金蜂窝夹层板，底板1的长度为3200mm，底板1的宽度为1600mm，底板1的厚度为15mm，底板1的外轮廓采用凸字型结构形式。隔板2采用为卫星设备提供安装接口的蜂窝夹层板结构形式，隔板2的高度为273mm，多块隔板2的长度为126mm-1525mm，隔板2的厚度为10mm。尺寸可根据运载包络尺寸做相应修改，其上根据总体单机布局需求设置开孔和预埋件为大面积薄膜太阳翼以及其他单机提供安装接口。

压紧块组件包括第一压紧块3、第二压紧块4以及第三压紧块5，第一压紧块3、第二压紧块4以及第三压紧块5分别采用一体化镁合金薄壁承力结构，第一压紧块3、第二压紧块4以及第三压紧块5的高度分别为330mm。

定位柱12的上端面设有耦合凸缘9，定位柱12的下端面设有耦合凹槽10，固定部13的上端面设有突起块7，固定部13的下端面设有防剪切凹槽8，不同结构的压紧块通过耦合凸缘9与耦合凹槽10对应进行定位，且不同结构的压紧块通过突起块7与防剪切凹槽8相对应进行固定。防剪切凹槽8采用半圆柱形，定位柱12采用空心圆柱结构形式，圆柱的外径为150mm，圆柱的壁厚为6mm；固定部13采用长方体结构形式，固定部13的宽度为50mm，固定部13的长度为450mm，固定部13的壁厚为4mm。

如图5所示为第一压紧块3的结构示意图，第一压紧块3对应设置在底板1的X轴方向上，第一压紧块3包括一个定位柱12和三个固定部13，一个定位柱12的高度与三个固定部13的高度相同，三个固定部13包括第一固定体、第二固定体以及第三固定体，第一固定体与第二固定体相互间隔90°设置，第三固定体与第二固定体相互间隔90°设置。

如图6所示为第二压紧块4的结构示意图，第二压紧块4对应设置在底板1的正Y轴方向上，第二压紧块4包括一个定位柱12和两个固定部13，一个定位柱12的高度为两个固定部13的高度的二分之一，两个固定部13相互垂直设置，定位柱12设置在靠近固定部13的上端面的一端。

如图7所示为第三压紧块5的结构示意图，第三压紧块5对应设置在底板1的负Y轴方向上，第三压紧块5包括一个定位柱12和两个固定部13，一个定位柱12的高度为两个固定部13的高度的二分之一，两个固定部13相互垂直设置，定位柱12设置在靠近固定部13的下端面的一端。

隔板2和第一压紧块3、第二压紧块4、第三压紧块5通过预埋件、螺钉与底板1连接，隔板2和第一压紧块3、第二压紧块4、第三压紧块5通过角片、螺钉、螺母、垫片等紧固件与相邻隔板2连接。

卫星单体11堆叠装配时，第一压紧块3固定设置在底板1的X轴方向上，第二压紧块4和第三压紧块5分别固定设置在凸字型底板1的Y轴方向的两个顶角上。中间卫星单体11的第一压紧块3定位柱12上端面耦合凸缘9接到上层卫星单体11的第一压紧块3定位柱12下端面耦合凹槽10中，中间卫星单体11的第一压紧块3定位柱12下端面耦合凹槽10接到下层卫星第一压紧块3定位柱12上端面耦合凸缘9。

中间卫星单体11的第二压紧块4定位柱12上端面耦合凸缘9接到上层卫星的第三压紧块5定位柱12下端面耦合凹槽10中，中间卫星单体11的第二压紧块4定位柱12下端面耦合凹槽10接到同层卫星的第三压紧块5定位柱12上端面耦合凸缘9中。中间卫星单体11的第三压紧块5定位柱12上端面耦合凸缘9接到同层卫星的第二压紧块4定位柱12下端面耦合凹槽10中，中间卫星单体11的第三压紧块5定位柱12下端面耦合凹槽10接到下层卫星的第二压紧块4定位柱12上端面耦合凸缘9中。且每个压紧块件的突起块7都与上层卫星压紧块件的防剪切凹槽8重叠在一起，以提高上下压紧块之间的横向抗剪切能力以及设计的可靠性。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种用于堆叠卫星的结构承载装置，其特征在于，包括卫星单体(11)和压紧块组件；

所述卫星单体(11)包括底板(1)和隔板(2)，所述隔板(2)设有多块，多块所述隔板(2)固定设置在所述底板(1)上，且所述隔板(2)与所述底板(1)相互垂直设置；

所述压紧块组件包括多个压紧块件，所述压紧块件包括定位柱(12)和固定部(13)，多个所述压紧块采用不同数量的固定部(13)周向设置在所述定位柱(12)上的结构形式，且多个所述压紧块采用所述固定部(13)对应所述定位柱(12)不同端面设置的结构形式；

不同结构的所述压紧块通过定位柱(12)固定设置在所述底板(1)与所述隔板(2)上，多个所述卫星单体(11)通过不同的压紧块相互配合进行固定。

2.根据权利要求1所述的用于堆叠卫星的结构承载装置，其特征在于，所述底板(1)包括为卫星设备提供安装的安装面，所述安装面上固定设置太阳阵(6)，所述隔板(2)设置在所述底板(1)未设有太阳阵(6)的表面上。

3.根据权利要求2所述的用于堆叠卫星的结构承载装置，其特征在于，所述底板(1)采用铝合金蜂窝夹层板，所述底板(1)的长度为3200mm，所述底板(1)的宽度为1600mm，所述底板(1)的厚度为15mm，所述底板(1)的外轮廓采用凸字型结构形式。

4.根据权利要求1所述的用于堆叠卫星的结构承载装置，其特征在于，所述隔板(2)采用为卫星设备提供安装接口的蜂窝夹层板结构形式，所述隔板(2)的高度为273mm，多块所述隔板(2)的长度为126mm-1525mm，所述隔板(2)的厚度为10mm。

5.根据权利要求1所述的用于堆叠卫星的结构承载装置，其特征在于，所述压紧块组件包括第一压紧块(3)、第二压紧块(4)以及第三压紧块(5)，所述第一压紧块(3)、所述第二压紧块(4)以及所述第三压紧块(5)分别采用一体化镁合金薄壁承力结构，所述第一压紧块(3)、所述第二压紧块(4)以及所述第三压紧块(5)的高度均为330mm。

6.根据权利要求5所述的用于堆叠卫星的结构承载装置，其特征在于，所述定位柱(12)的上端面设有耦合凸缘(9)，所述定位柱(12)的下端面设有耦合凹槽(10)，所述固定部(13)的上端面设有突起块(7)，所述固定部(13)的下端面设有防剪切凹槽(8)，不同结构的压紧块通过所述耦合凸缘(9)与所述耦合凹槽(10)对应进行定位，且不同结构的压紧块通过所述突起块(7)与所述防剪切凹槽(8)相对应进行固定。

7.根据权利要求6所述的用于堆叠卫星的结构承载装置，其特征在于，所述第一压紧块(3)对应设置在所述底板(1)的X轴方向上，所述第一压紧块(3)包括一个所述定位柱(12)和三个所述固定部(13)，一个所述定位柱(12)的高度与三个所述固定部(13)的高度相同，三个所述固定部(13)包括第一固定体、第二固定体以及第三固定体，所述第一固定体与所述第二固定体相互间隔90°设置，所述第二固定体与所述第三固定体相互间隔90°设置。

8.根据权利要求6所述的用于堆叠卫星的结构承载装置，其特征在于，所述第二压紧块(4)对应设置在所述底板(1)的正Y轴方向上，所述第二压紧块(4)包括一个所述定位柱(12)和两个所述固定部(13)，一个所述定位柱(12)的高度为两个所述固定部(13)的高度的二分之一，两个所述固定部(13)相互垂直设置，所述定位柱(12)设置在靠近所述固定部(13)的上端面的一端。

9.根据权利要求6所述的用于堆叠卫星的结构承载装置，其特征在于，所述第三压紧块(5)对应设置在所述底板(1)的负Y轴方向上，所述第三压紧块(5)包括一个所述定位柱(12)和两个所述固定部(13)，一个所述定位柱(12)的高度为两个所述固定部(13)的高度的二分之一，两个所述固定部(13)相互垂直设置，所述定位柱(12)设置在靠近所述固定部(13)的下端面的一端。

10.根据权利要求5所述的用于堆叠卫星的结构承载装置，其特征在于，所述防剪切凹槽(8)采用半圆柱形，所述定位柱(12)采用空心圆柱结构形式，所述圆柱的外径为150mm，所述圆柱的壁厚为6mm；所述固定部(13)采用长方体结构形式，所述固定部(13)的宽度为50mm，所述固定部(13)的长度为450mm，所述固定部(13)的壁厚为4mm。

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