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衛(wèi)星偏置動量輪次結(jié)構(gòu)的制作方法

文檔序號:68469閱讀:566來源:國知局
專利名稱:衛(wèi)星偏置動量輪次結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型涉及一種衛(wèi)星偏置動量輪的安裝結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景
目前衛(wèi)星上的偏置動量輪均通過次結(jié)構(gòu)與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)板連接,圖1給出了一個典型小衛(wèi)星偏置動量輪次結(jié)構(gòu)的外形及連接方式。如圖1所示,該種次結(jié)構(gòu)為鋁材料單板支架形式,板后六根斜筋用于加強該次結(jié)構(gòu)剛度。次結(jié)構(gòu)底部通過Φ4. 5mm安裝孔與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)板連接,頂部通過4個Φ 8. 5mm的連接孔與偏置動量輪連接,單板上開4個減輕孔以減少次結(jié)構(gòu)質(zhì)量。這種支架的不足之處在于力學(xué)性能差、剛性差、基頻底。利用有限元分析該次結(jié)構(gòu)(帶動量輪)的基頻為94HZ。在火箭發(fā)射的嚴酷力學(xué)條件下,這種支架結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生較大的響應(yīng),使偏置動量輪在發(fā)射環(huán)境中響應(yīng)過大,導(dǎo)致動量輪內(nèi)部松動,妨礙在軌任務(wù)的執(zhí)行,不適于小衛(wèi)星的進一步應(yīng)用。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供了一種剛度大、體積小、重量輕的偏置動量輪次結(jié)構(gòu),解決了現(xiàn)有次結(jié)構(gòu)低頻響應(yīng)大的問題,提高了次結(jié)構(gòu)在火箭發(fā)射等嚴酷力學(xué)環(huán)境下的可靠性、安全性,為偏置動量輪在軌功能的實現(xiàn)提供良好保障。
本實用新型的技術(shù)解決方案是衛(wèi)星偏置動量輪次結(jié)構(gòu),包括主板、背板和底板, 主板和背板共同構(gòu)成梯形結(jié)構(gòu),梯形結(jié)構(gòu)的下邊與底板一體化連接,連接處設(shè)置加強筋;所述梯形結(jié)構(gòu)的上半部分兩側(cè)留有以梯形的上邊為邊長的正方形安裝面,所述安裝面的中心設(shè)有用于安裝動量輪的通孔和連接孔;所述梯形結(jié)構(gòu)的下半部分以及底板的中部通過線切割鏤空,所述底板的四周設(shè)有用于與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)板安裝的連接孔。
所述的主板與底板垂直,所述的背板與底板的夾角為78. 8度。所述的主板和背板厚度均為6mm。所述的主板、背板和底板的材料為鋁合金LY12CZ。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于
(1)本實用新型次結(jié)構(gòu)采用主背板結(jié)合形式,更加符合次結(jié)構(gòu)真實的傳力路徑,可以將次結(jié)構(gòu)基頻由原來的94HZ提高到179HZ。其中,有限元分析的結(jié)果為基頻176HZ,實際振動試驗的基頻為179HZ。在不降低偏置動量輪質(zhì)心高度、不增加次結(jié)構(gòu)質(zhì)量、不擴大次結(jié)構(gòu)空間占用率的前提下,解決了現(xiàn)有偏置動量輪次結(jié)構(gòu)一直存在的基頻偏低所帶來的振動響應(yīng)過大的問題;
(2)本實用新型次結(jié)構(gòu)在加工上更容易實現(xiàn)?,F(xiàn)有的次結(jié)構(gòu)為翻邊加加強筋形式, 加強筋和翻邊加工困難,且加工過程中取出的材料無法再利用。本實用新型次結(jié)構(gòu)無翻邊和加強筋,可直接銑削加工成型,主背板間的材料可通過線切割去除,去除的材料還可以用作其他用途,整體上簡化加工流程,降低加工成本;
(3)現(xiàn)有偏置動量輪支架的質(zhì)量為1. lKg,本實用新型次結(jié)構(gòu)可以在此基礎(chǔ)上將質(zhì)量減少0. IKg ;[0010](4)本實用新型次結(jié)構(gòu)所占用的星上空間資源較現(xiàn)有次結(jié)構(gòu)少,能更好地適應(yīng)小衛(wèi)星緊湊、實用的發(fā)展方向。


圖1為現(xiàn)有的一種偏置動量輪次結(jié)構(gòu)外形示意圖;
圖2為本實用新型偏置動量輪次結(jié)構(gòu)外形示意圖;
圖3為本實用新型偏置動量輪次結(jié)構(gòu)安裝示意圖;
圖4為本實用新型偏置動量輪次結(jié)構(gòu)振動試驗時Y向特征級試驗曲線圖;
圖5為本實用新型偏置動量輪次結(jié)構(gòu)振動試驗時Y向隨機驗收級試驗曲線圖。
具體實施方式
本實用新型偏置動量輪次結(jié)構(gòu)采用了有限元拓撲優(yōu)化技術(shù)在限定的設(shè)計空間和負載的條件下分析得到次結(jié)構(gòu)設(shè)計空間內(nèi)的主傳力路徑。根據(jù)主傳力路徑方向,同時考慮支架的加工方式、質(zhì)量進行設(shè)計。
根據(jù)傳力路徑方向,本實用新型次結(jié)構(gòu)摒棄了現(xiàn)有支架的主板加斜拉加強筋形式,而采用主支撐板加背斜板形式。如圖2所示,本實用新型次結(jié)構(gòu)的材料為鋁合金 LY12CZ,其基本外形為主支撐板加背斜板形式,主板和背板共同構(gòu)成梯形結(jié)構(gòu),梯形結(jié)構(gòu)的下邊與底板一體化連接,連接處設(shè)置加強筋。梯形結(jié)構(gòu)的上半部分兩側(cè)留有以梯形的上邊為邊長的正方形安裝面,安裝面的中心設(shè)有用于安裝動量輪的通孔和連接孔。梯形結(jié)構(gòu)的下半部分以及底板的中部通過線切割鏤空,底板的四周設(shè)有用于與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)板安裝的連接孔。主板和背板厚度均為6mm,主板與底板垂直,背板與底板的夾角為78. 8度,由此正面?zhèn)让婢鶠槿切畏€(wěn)定結(jié)構(gòu)。如圖3所示,該次機構(gòu)需承載的動量輪為圓柱體機構(gòu),質(zhì)量為 7. 3Kgo次結(jié)構(gòu)頂部四個Φ 8. 5mm的連接孔為與動量輪的連接孔,與動量輪連接時通過4個 M8螺釘相連。次結(jié)構(gòu)頂部四個Φ8. 5mm的連接孔為與動量輪的連接孔,與動量輪連接時通過四各M8螺釘相連。次結(jié)構(gòu)底部10個Φ 5. 5mm的連接孔為與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)板的連接孔,與結(jié)構(gòu)板連接時通過10個M4螺釘相連。動量輪安裝后的質(zhì)心高度為162mm?;鸺l(fā)射時的振動通過與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)板的連接孔傳遞給次結(jié)構(gòu),并通過與動量輪的連接孔傳遞給動量輪?,F(xiàn)有次結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)板的連接接口只在底板有前后兩排Φ4. 5mm的通孔。本實用新型在總連接孔不變的情況下,將其中兩孔移至次機構(gòu)窄邊兩側(cè),使其和結(jié)構(gòu)板的連接更牢固。
對本實用新型次結(jié)構(gòu)進行有限元拓撲優(yōu)化,可以得到次機構(gòu)的主傳力路徑主要集中在前后方向,中間的材料對整個次機構(gòu)的基頻提高貢獻不大。同時,支架頂部兩角的材料被去除,但與動量輪連接處的材料密度大,基本都得到了保留。以拓撲優(yōu)化后的分析結(jié)果與現(xiàn)有次結(jié)構(gòu)作對比,現(xiàn)有次機構(gòu)的主板雖然起到主傳力機構(gòu)的作用,但沒有考慮到背板傳力的重要作用,背面斜筋雖然能起到傳力作用,但效果顯然不如背板效果好。
本實用新型底部設(shè)有減輕孔,可通過銑削加工成型,主板和背板通過線切割鏤空。 次結(jié)構(gòu)頂部仍通過4個Φ8. 5mm的連接孔與偏置動量輪連接,新設(shè)計增加安裝孔周邊的材料量,即安裝孔周圍為實心結(jié)構(gòu),沒有開設(shè)任何減輕孔,保證了安裝孔周邊材料保有量的最大化,這一措施也有效傳遞了支架負載,提高了支架的剛度。次結(jié)構(gòu)的減輕孔開在此結(jié)構(gòu)底板中央部分,前后主板和背板不再開減輕孔以免阻斷主傳力路徑。[0020]采用有限元技術(shù)對新設(shè)計的次結(jié)構(gòu)進行基頻分析,得到其基頻為176. 25Hz,較原次機構(gòu)的94Hz提高了 82Hz。遠高出衛(wèi)星的基頻,不會和衛(wèi)星的振動產(chǎn)生耦合。本實用新型還進行了振動試驗,振動試驗中的Y方向為主振型方向,如圖4所示,其特征級試驗得到的基頻為179Hz,既在振動頻率達到179Hz時,次結(jié)構(gòu)出現(xiàn)第一個共振峰。如圖5所示,隨機驗收級得到基頻為178Hz,即在隨機振動頻率達到178Hz時,次結(jié)構(gòu)出現(xiàn)第一個共振峰。分析、試驗的結(jié)果基本一致,可以認為本實用新型性能相比次機構(gòu)有了較大的改善。
本實用新型說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.衛(wèi)星偏置動量輪次結(jié)構(gòu),其特征在于包括主板、背板和底板,主板和背板共同構(gòu)成梯形結(jié)構(gòu),梯形結(jié)構(gòu)的下邊與底板一體化連接,連接處設(shè)置加強筋;所述梯形結(jié)構(gòu)的上半部分兩側(cè)留有以梯形的上邊為邊長的正方形安裝面,所述安裝面的中心設(shè)有用于安裝動量輪的通孔和連接孔;所述梯形結(jié)構(gòu)的下半部分以及底板的中部通過線切割鏤空,所述底板的四周設(shè)有用于與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)板安裝的連接孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的衛(wèi)星偏置動量輪次結(jié)構(gòu),其特征在于所述的主板與底板垂直,所述的背板與底板的夾角為78. 8度。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的衛(wèi)星偏置動量輪次結(jié)構(gòu),其特征在于所述的主板和背板厚度均為6mmο
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的衛(wèi)星偏置動量輪次結(jié)構(gòu),其特征在于所述的主板、背板和底板的材料為鋁合金LY12CZ。
專利摘要
衛(wèi)星偏置動量輪次結(jié)構(gòu),包括主板、背板和底板,主板和背板共同構(gòu)成梯形結(jié)構(gòu),梯形結(jié)構(gòu)的下邊與底板一體化連接,連接處設(shè)置加強筋。梯形結(jié)構(gòu)的上半部分兩側(cè)留有以梯形的上邊為邊長的正方形安裝面,安裝面的中心設(shè)有用于安裝動量輪的通孔和連接孔,梯形結(jié)構(gòu)的下半部分以及底板的中部通過線切割鏤空,底板的四周設(shè)有用于與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)板安裝的連接孔。本實用新型材料選用鋁合金LY12CZ,采用主板和背板相結(jié)合的形式,更加符合次結(jié)構(gòu)的真實傳力路徑,在不降低偏置動量輪質(zhì)心高度、不增加次結(jié)構(gòu)質(zhì)量、不擴大次結(jié)構(gòu)空間占用率的前提下,解決了現(xiàn)有偏置動量輪次結(jié)構(gòu)基頻偏低所帶來的振動響應(yīng)過大的問題。
文檔編號F42B15/00GKCN201980426SQ201120028184
公開日2011年9月21日 申請日期2011年1月27日
發(fā)明者劉質(zhì)加, 楊棟, 王建岡 申請人:航天東方紅衛(wèi)星有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan
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