高分辨率空间相机星载接口设计
发布时间：2021-12-17 01:48
针对高分辨率空间相机热稳定性和力学特性存在的问题,对星载接口的约束、热适应性、力学性能等方面进行了研究,提出了一种基于运动学支撑的柔性星载接口。根据某卫星结构要求,确定了空间相机的卧式4点连接布局方案,并对星载接口开展了热适应设计,引入了柔性环节结构,通过螺旋理论验证了约束的准确性;以随机振动响应最小为目标,优化了柔性环节,得到了柔性环节的关键尺寸参数;采用有限元软件,对星载接口性能进行了仿真分析。研究结果表明:该星载接口结构满足约束要求,既能保护空间相机结构免受发射段的剧烈振动,又保证了其在轨工作时良好的热适应性。
【文章来源】：机电工程. 2019,36(06)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
空间相机与卫星平台连接方式
假定空间相机整机刚度分布均匀，空间相机质心位置为膨胀中心点，对星载接口结构进行消热化设计。当卫星舱板温度升高时，空间相机前侧的两个星载接口沿光轴方向和垂直光轴方向产生等量的位移，后侧的两个星载接口结构沿其与质心连线方向产生等量的位移，如图2所示。图2星载接口热适应方向星载接口在星载连接面产生位移时，相机质心会在高度方向有所下降。通过设计空间相机星载接口结构受温差作用产生的位移量，可使相机质心在星载连接面内的投影保持不变，保证相机光轴方向不发生角度偏移。2．3星载接口结构设计本研究采用带有柔性环节的星载接口结构，替代传统的运动铰链结构，避免了铰链间配合间隙的存在，力学环境试验时不会出现冲击现象。同时，因结构件数量减少，提升了结构可靠性、稳定性。本研究借鉴柔铰设计原理［7-9］，根据上述热适应性要求，初步设计星载接口结构形式，如图3所示。图3星载接口结构三维模型根据图2可知:在卫星舱板膨胀变形时，前侧两个星载接口沿平行和垂直光轴方向产生位移，因此，本研究在两个方向上分别设计2个柔性环节。考虑星载接口结构受力情况，每个结构在上、下两端对称设计了两层互相垂直的柔性环节。互相垂直的2个柔性环节可以等效为一组铰链结构，每个接口可以等效为一根2力杆。对于后侧星载接口结构，设计了2层沿质心连线方向的柔性环节以适应温度变化，并在两层柔性环节间设计1层垂直质心连线方向的柔性环节。该接口结构方案设计可以实现静定约束要求。星载接口组件是空间相机的力学环境输入端，柔性环节容易产生应力集中，所以星载接口结构需要具有较高的机械强度。本文选用
谛窃亓?用娌??灰剖保?嗷?市幕?在高度方向有所下降。通过设计空间相机星载接口结构受温差作用产生的位移量，可使相机质心在星载连接面内的投影保持不变，保证相机光轴方向不发生角度偏移。2．3星载接口结构设计本研究采用带有柔性环节的星载接口结构，替代传统的运动铰链结构，避免了铰链间配合间隙的存在，力学环境试验时不会出现冲击现象。同时，因结构件数量减少，提升了结构可靠性、稳定性。本研究借鉴柔铰设计原理［7-9］，根据上述热适应性要求，初步设计星载接口结构形式，如图3所示。图3星载接口结构三维模型根据图2可知:在卫星舱板膨胀变形时，前侧两个星载接口沿平行和垂直光轴方向产生位移，因此，本研究在两个方向上分别设计2个柔性环节。考虑星载接口结构受力情况，每个结构在上、下两端对称设计了两层互相垂直的柔性环节。互相垂直的2个柔性环节可以等效为一组铰链结构，每个接口可以等效为一根2力杆。对于后侧星载接口结构，设计了2层沿质心连线方向的柔性环节以适应温度变化，并在两层柔性环节间设计1层垂直质心连线方向的柔性环节。该接口结构方案设计可以实现静定约束要求。星载接口组件是空间相机的力学环境输入端，柔性环节容易产生应力集中，所以星载接口结构需要具有较高的机械强度。本文选用牌号TC4的钛合金［10］材料制造星载接口，TC4材料性能如表1所示。表1TC4材料性能密度ρ/(g·cm－3)弹性模量E/GPa屈服强度σs/MPa抗拉强度σb/MPa线膨胀系数α/(10－6·K－1)泊松比μ4．41094458959．10．342．4静定约束验证
【参考文献】：
期刊论文
[1]深空探测遥感相机支撑结构设计[J]. 马聪,李威,张远清,李晓波,安明鑫. 红外与激光工程. 2018(06)
[2]高光谱与高分辨率CO2探测仪安装座结构设计[J]. 高明辉,郑玉权,郭万存. 红外与激光工程. 2014(12)
[3]基于Rayleigh算法的空间相机桁架结构设计与优化[J]. 李畅,何欣. 红外与激光工程. 2012(09)
[4]空间相机主支撑结构设计与分析[J]. 薛闯,颜昌翔. 科学技术与工程. 2011(35)
[5]小型反射镜中心支撑技术[J]. 谭进国,何欣,付亮亮. 红外与激光工程. 2010(06)
[6]双轴直圆柔性铰链的柔度计算(英文)[J]. 陈爱武,曹锋,侯文. 应用基础与工程科学学报. 2010(05)
[7]国外高分辨率相机与卫星平台连接方式综述[J]. 王建永,满益云,傅丹膺,杨居奎. 航天返回与遥感. 2009(04)
[8]国外对地观测卫星技术发展[J]. 高洪涛,陈虎,刘晖,史伟哲. 航天器工程. 2009(03)
[9]长焦距大视场光学系统的光机结构设计[J]. 李志来,薛栋林,张学军. 光学精密工程. 2008(12)
本文编号：3539188
【文章来源】：机电工程. 2019,36(06)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
空间相机与卫星平台连接方式
假定空间相机整机刚度分布均匀，空间相机质心位置为膨胀中心点，对星载接口结构进行消热化设计。当卫星舱板温度升高时，空间相机前侧的两个星载接口沿光轴方向和垂直光轴方向产生等量的位移，后侧的两个星载接口结构沿其与质心连线方向产生等量的位移，如图2所示。图2星载接口热适应方向星载接口在星载连接面产生位移时，相机质心会在高度方向有所下降。通过设计空间相机星载接口结构受温差作用产生的位移量，可使相机质心在星载连接面内的投影保持不变，保证相机光轴方向不发生角度偏移。2．3星载接口结构设计本研究采用带有柔性环节的星载接口结构，替代传统的运动铰链结构，避免了铰链间配合间隙的存在，力学环境试验时不会出现冲击现象。同时，因结构件数量减少，提升了结构可靠性、稳定性。本研究借鉴柔铰设计原理［7-9］，根据上述热适应性要求，初步设计星载接口结构形式，如图3所示。图3星载接口结构三维模型根据图2可知:在卫星舱板膨胀变形时，前侧两个星载接口沿平行和垂直光轴方向产生位移，因此，本研究在两个方向上分别设计2个柔性环节。考虑星载接口结构受力情况，每个结构在上、下两端对称设计了两层互相垂直的柔性环节。互相垂直的2个柔性环节可以等效为一组铰链结构，每个接口可以等效为一根2力杆。对于后侧星载接口结构，设计了2层沿质心连线方向的柔性环节以适应温度变化，并在两层柔性环节间设计1层垂直质心连线方向的柔性环节。该接口结构方案设计可以实现静定约束要求。星载接口组件是空间相机的力学环境输入端，柔性环节容易产生应力集中，所以星载接口结构需要具有较高的机械强度。本文选用
谛窃亓?用娌??灰剖保?嗷?市幕?在高度方向有所下降。通过设计空间相机星载接口结构受温差作用产生的位移量，可使相机质心在星载连接面内的投影保持不变，保证相机光轴方向不发生角度偏移。2．3星载接口结构设计本研究采用带有柔性环节的星载接口结构，替代传统的运动铰链结构，避免了铰链间配合间隙的存在，力学环境试验时不会出现冲击现象。同时，因结构件数量减少，提升了结构可靠性、稳定性。本研究借鉴柔铰设计原理［7-9］，根据上述热适应性要求，初步设计星载接口结构形式，如图3所示。图3星载接口结构三维模型根据图2可知:在卫星舱板膨胀变形时，前侧两个星载接口沿平行和垂直光轴方向产生位移，因此，本研究在两个方向上分别设计2个柔性环节。考虑星载接口结构受力情况，每个结构在上、下两端对称设计了两层互相垂直的柔性环节。互相垂直的2个柔性环节可以等效为一组铰链结构，每个接口可以等效为一根2力杆。对于后侧星载接口结构，设计了2层沿质心连线方向的柔性环节以适应温度变化，并在两层柔性环节间设计1层垂直质心连线方向的柔性环节。该接口结构方案设计可以实现静定约束要求。星载接口组件是空间相机的力学环境输入端，柔性环节容易产生应力集中，所以星载接口结构需要具有较高的机械强度。本文选用牌号TC4的钛合金［10］材料制造星载接口，TC4材料性能如表1所示。表1TC4材料性能密度ρ/(g·cm－3)弹性模量E/GPa屈服强度σs/MPa抗拉强度σb/MPa线膨胀系数α/(10－6·K－1)泊松比μ4．41094458959．10．342．4静定约束验证
【参考文献】：
期刊论文
[1]深空探测遥感相机支撑结构设计[J]. 马聪,李威,张远清,李晓波,安明鑫. 红外与激光工程. 2018(06)
[2]高光谱与高分辨率CO2探测仪安装座结构设计[J]. 高明辉,郑玉权,郭万存. 红外与激光工程. 2014(12)
[3]基于Rayleigh算法的空间相机桁架结构设计与优化[J]. 李畅,何欣. 红外与激光工程. 2012(09)
[4]空间相机主支撑结构设计与分析[J]. 薛闯,颜昌翔. 科学技术与工程. 2011(35)
[5]小型反射镜中心支撑技术[J]. 谭进国,何欣,付亮亮. 红外与激光工程. 2010(06)
[6]双轴直圆柔性铰链的柔度计算(英文)[J]. 陈爱武,曹锋,侯文. 应用基础与工程科学学报. 2010(05)
[7]国外高分辨率相机与卫星平台连接方式综述[J]. 王建永,满益云,傅丹膺,杨居奎. 航天返回与遥感. 2009(04)
[8]国外对地观测卫星技术发展[J]. 高洪涛,陈虎,刘晖,史伟哲. 航天器工程. 2009(03)
[9]长焦距大视场光学系统的光机结构设计[J]. 李志来,薛栋林,张学军. 光学精密工程. 2008(12)
本文编号：3539188
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