可展开抛物柱面天线与分离载荷结构总体设计与分析

发布时间：2017-07-19 06:06

  本文关键词：可展开抛物柱面天线与分离载荷结构总体设计与分析

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【摘要】：空间探测是空间科学发展的一个重要手段,也是空间科技发展的一个重要方向,更是空间大国逐鹿中原的一个前沿领域。目前各个国家持续对空间探测手段的发展给予高度重视,在不断发展传统探测方式的基础上,积极尝试新兴的探测技术手段,争先抢占空间探测技术的制高点。本文针对空间探测飞行器的需求和应用,紧紧围绕我国两项具体的空间科学探测计划:某空间环境探测卫星任务和地球物理场多尺度探测的分离载荷与组网探测任务,对可展开天线结构与分离载荷设备布局与总体结构的设计与分析展开论述。以计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助工程(CAE)为辅助手段,本文以航天器结构设计与分析的方法为主要内容,重点研究两部分内容:可展开天线的反射面结构设计与分离载荷总体结构及设备布局设计。第一,根据可展开天线反射面的设计要求,论文首先对反射面背架结构进行了初步设计,主要从背架的结构和机械接口两方面展开,对背架的结构构型、选材、尺寸以及机械接口进行了设计。通过对设计结果的结构动力学分析,验证了设计结果满足设计要求,仔细观察分析结果后发现,设计结果仍然存在优化空间。因此,对初步设计结果在整体质量、结构形式及尺寸和机械接口等方面进行了进一步优化设计。最后对优化后的设计结果进行了动力学分析,包括结构模态分析、结构过载分析、正弦振动分析和随机振动分析,分析结果均满足设计要求,并且在结构刚度与强度等方面均有较大幅度的提高。第二,针对国内外纳型卫星调研所得出的问题,为满足各方各项设计需求,文章对分离载荷设备布局和结构进行了设计。设计从设备布局设计和主承力结构结构设计两方面展开,二者相互制约,相互影响。首先在尽量满足各分系统需求的前提下进行了设备布局设计,然后结合设备布局设计对主承力结构展开设计,并相应地对设备布局进行细节调整。在得到主承力结构设计结果后,对其进行了结构模态分析与结构过载分析,分析结果满足设计要求,并具有一定可行性。本论文对于航天器结构设计方法研究主要涵盖了以下创新点:①为较大尺寸、高精度、低质量反射面背架结构提供了一种较为完整的解决方案,包括材料选择、结构形式、筋板尺寸、机械接口等。②为反射面背架结构设计方案提供了一种较为可行的优化思路,并通过这一思路得到了优化方案,且优化程度较好。③在多载荷强约束条件下,为纳型卫星的设备布局提出了一种解决方案,布局方案满足各项要求,而且设备安装便捷,线缆链接空间充足。④在强质量约束条件下,为纳型卫星的主承力结构提供了一种较为完备的解决方案,使结构质量仅占整星质量的20%,保证了能源供给,且结构刚度强度较好。
【关键词】：可展开天线 反射面 主承力结构 设备布局 结构设计
【学位授予单位】：中国科学院国家空间科学中心
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V423
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 1 绪论15-37
• 1.1 课题背景与研究意义15-18
• 1.1.1 某卫星可展开天线15-16
• 1.1.2 分离载荷与组网探测项目16-18
• 1.2 国内外研究现状18-34
• 1.2.1 可展开天线研究现状18-26
• 1.2.2 纳型卫星结构及载荷布局研究现状26-34
• 1.3 论文主要研究内容34-35
• 1.3.1 可展开天线的结构设计与动力学分析34
• 1.3.2 分离载荷结构及布局总体设计与动力学分析34-35
• 1.4 本章小结35-37
• 2 结构动力学分析有限元方法理论及软件环境简介37-43
• 2.1 动力学分析有限元方法理论简介37-40
• 2.1.1 结构模态分析37-38
• 2.1.2 结构频率响应分析38-39
• 2.1.3 随机振动分析39-40
• 2.2 软件环境简介40-42
• 2.3 本章小结42-43
• 3 卫星可展开天线结构设计分析及优化43-95
• 3.1 设计要求与技术指标43
• 3.2 结构设计与动力学分析43-66
• 3.2.1 可展开天线反射面背架结构设计43-49
• 3.2.2 可展开天线反射面背架结构动力学分析49-66
• 3.2.3 结论66
• 3.3 方案优化设计66-94
• 3.3.1 可展开天线反射面背架结构优化66-70
• 3.3.2 优化方案的结构动力学分析70-94
• 3.3.3 结论94
• 3.4 本章小结94-95
• 4 分离载荷结构及布局总体设计与分析95-117
• 4.1 设计要求与技术指标95-96
• 4.2 结构及布局总体设计96-107
• 4.2.1 总体设计思路96-97
• 4.2.2 设备布局设计97-102
• 4.2.3 主承力结构设计102-107
• 4.3 主承力结构动力学分析107-114
• 4.3.1 有限元模型的建立107
• 4.3.2 结构模态分析107-111
• 4.3.3 结构过载分析111-114
• 4.4 结论114-115
• 4.5 本章小结115-117
• 5 总结与展望117-121
• 5.1 可展开天线结构设计研究总结与展望117-118
• 5.1.1 研究总结117
• 5.1.2 研究展望117-118
• 5.2 分离载荷结构及布局总体设计研究总结与展望118-121
• 5.2.1 研究总结118-119
• 5.2.2 研究展望119-121
• 致谢121-123
• 附录123-125
• 参考文献125-128

【参考文献】

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本文编号：561478