一体化桁架式小卫星主承力结构及设计优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112550761A(43)申请公布日2021.03.26(21)申请号202011516069.1G06F30/15(2020.01)(22)申请日2020.12.21G06F30/20(2020.01)G06F119/14(2020.01)(71)申请人中国人民解放军国防科技大学地址410073湖南省长沙市开福区德雅路109号(72)发明人罗青李东旭范才智王杰周国华周利霖屠永刚韩明芬(74)专利代理机构湖南兆弘专利事务所(普通合伙)43008代理人谭武艺(51)Int.Cl.B64G1/10(2006.01)B64G1/22(2006.01)F16M13/02(2006.01)F16M7/00(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图8页(54)发明名称一体化桁架式小卫星主承力结构及设计优化方法(57)摘要本发明属于航天器结构设计技术领域，本发明公开了一种一体化桁架式小卫星主承力结构及设计优化方法，一体化桁架式小卫星主承力结构包括中板、桁架式支撑结构和底板，所述中板和底板两者相互平行布置作为卫星负载的安装承载结构，所述中板和底板之间通过桁架式支撑结构相连，所述底板远离桁架式支撑结构的一侧设有用于连接与运载火箭对接的对接机构。本发明相比与传统的小卫星主承力结构，不仅提高了卫星结构的整体支承刚度，提升了结构稳定性，减小了结构系统的质量，增大了小卫星内部的空间体积，提升了卫星内部的空间使用效率。此外，本发明还能够提供良好的安装支撑点，以适应卫星总装、以及整星电缆复杂走线对安装点的需求。CN112550761ACN112550761A权利要求书1/2页1.一种一体化桁架式小卫星主承力结构，其特征在于，包括中板（1）、桁架式支撑结构（3）和底板（5），所述中板（1）和底板（5）两者相互平行布置作为卫星负载的安装承载机构，所述中板（1）和底板（5）之间通过桁架式支撑结构（3）相连，所述底板（5）远离桁架式支撑结构（3）的一侧设有用于连接与运载火箭对接的对接机构（6）。2.根据权利要求1所述的一体化桁架式小卫星主承力结构，其特征在于，所述中板（1）和底板（5）的中部均设有同轴布置的中心通孔，所述桁架式支撑结构（3）包括多组支撑单元，所述多组支撑单元围绕中心通孔呈中心对称布置于中板（1）和底板（5）两者之间。3.根据权利要求2所述的一体化桁架式小卫星主承力结构，其特征在于，所述桁架式支撑结构（3）的每一组支撑单元包括倾斜布置的一组桁架杆，所述一组桁架杆一端相互连接并与底板（5）连接固定、另一端分别与中板（1）上的不同连接点连接固定。4.根据权利要求3所述的一体化桁架式小卫星主承力结构，其特征在于，所述底板（5）中均设有多个底板预埋件（4），所述底板预埋件（4）的一端与每一组桁架杆共同连接、另一端与对接机构（6）相连。5.根据权利要求4所述的一体化桁架式小卫星主承力结构，其特征在于，所述中板（1）中设有预埋加强环形框（2）和多个中板预埋件，每一组桁架杆中的桁架杆分别与预埋加强环形框（2）或多个中板预埋件相连。6.根据权利要求5所述的一体化桁架式小卫星主承力结构，其特征在于，所述对接机构（6）为圆锥管状结构，且外侧口径比内侧口径大。7.根据权利要求5所述的一体化桁架式小卫星主承力结构，其特征在于，所述卫星负载中的推进剂贮箱（11）安装在底板（5）上且位于桁架式支撑结构（3）的内部，所述卫星负载中的星载计算机（7）、磁悬浮飞轮（8）、路由管理单机（9）、电源管理单机（10）分别安装在底板（5）的四角且位于桁架式支撑结构（3）的外部；所述卫星负载中的光纤陀螺（13）、相机载荷（14）、星敏感器安装在中板（1）上。8.根据权利要求7所述的一体化桁架式小卫星主承力结构，其特征在于，所述光纤陀螺（13）、相机载荷（14）、星敏感器（15）分别安装在预埋加强环形框（2）上。9.一种卫星，包括相互连接的卫星载荷和主承力结构，其特征在于，所述主承力结构为权利要求1～8中任意一项所述的一体化桁架式小卫星主承力结构。10.一种权利要求6所述的一体化桁架式小卫星主承力结构的设计优化方法，其特征在于，包括：S1）确定待设计优化参数，包括：对接机构（6）的高度h和倒锥角α，桁架杆的杆长l、杆的外径ri和内径ro；设定约束条件，包括桁架杆的长度范围和底板预埋件（4）连接点处的强度、对接机构（6）连接处强度、中板与桁架连接点处强度；S2）在桁架杆的长度范围内生成多组待设计优化参数；S3）针对每一组待设计优化参数，利用有限元方法建立主承力结构中对接机构（6）、底板（5）、桁架杆和中板（1）的结构分析模型的函数表达式如下式所示：上式中，为一体化桁架式小卫星主承力结构的质量矩阵，为一体化桁架式小卫