針對高分辨率空間相機熱穩(wěn)定性和力學(xué)特性存在的問題,對星載接口的約束、熱適應(yīng)性、力學(xué)性能等方面進(jìn)行了研究,提出了一種基于運動學(xué)支撐的柔性星載接口。根據(jù)某衛(wèi)星結(jié)構(gòu)要求,確定了空間相機的臥式4點連接布局方案,并對星載接口開展了熱適應(yīng)設(shè)計,引入了柔性環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu),通過螺旋理論驗證了約束的準(zhǔn)確性;以隨機振動響應(yīng)最小為目標(biāo),優(yōu)化了柔性環(huán)節(jié),得到了柔性環(huán)節(jié)的關(guān)鍵尺寸參數(shù);采用有限元軟件,對星載接口性能進(jìn)行了仿真分析。研究結(jié)果表明:該星載接口結(jié)構(gòu)滿足約束要求,既能保護(hù)空間相機結(jié)構(gòu)免受發(fā)射段的劇烈振動,又保證了其在軌工作時良好的熱適應(yīng)性。 

【文章來源】：機電工程. 2019,36(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

空間相機與衛(wèi)星平臺連接方式

假定空間相機整機剛度分布均勻，空間相機質(zhì)心位置為膨脹中心點，對星載接口結(jié)構(gòu)進(jìn)行消熱化設(shè)計。當(dāng)衛(wèi)星艙板溫度升高時，空間相機前側(cè)的兩個星載接口沿光軸方向和垂直光軸方向產(chǎn)生等量的位移，后側(cè)的兩個星載接口結(jié)構(gòu)沿其與質(zhì)心連線方向產(chǎn)生等量的位移，如圖2所示。圖2星載接口熱適應(yīng)方向星載接口在星載連接面產(chǎn)生位移時，相機質(zhì)心會在高度方向有所下降。通過設(shè)計空間相機星載接口結(jié)構(gòu)受溫差作用產(chǎn)生的位移量，可使相機質(zhì)心在星載連接面內(nèi)的投影保持不變，保證相機光軸方向不發(fā)生角度偏移。2．3星載接口結(jié)構(gòu)設(shè)計本研究采用帶有柔性環(huán)節(jié)的星載接口結(jié)構(gòu)，替代傳統(tǒng)的運動鉸鏈結(jié)構(gòu)，避免了鉸鏈間配合間隙的存在，力學(xué)環(huán)境試驗時不會出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象。同時，因結(jié)構(gòu)件數(shù)量減少，提升了結(jié)構(gòu)可靠性、穩(wěn)定性。本研究借鑒柔鉸設(shè)計原理［7-9］，根據(jù)上述熱適應(yīng)性要求，初步設(shè)計星載接口結(jié)構(gòu)形式，如圖3所示。圖3星載接口結(jié)構(gòu)三維模型根據(jù)圖2可知:在衛(wèi)星艙板膨脹變形時，前側(cè)兩個星載接口沿平行和垂直光軸方向產(chǎn)生位移，因此，本研究在兩個方向上分別設(shè)計2個柔性環(huán)節(jié)�？紤]星載接口結(jié)構(gòu)受力情況，每個結(jié)構(gòu)在上、下兩端對稱設(shè)計了兩層互相垂直的柔性環(huán)節(jié)�；ハ啻怪钡�2個柔性環(huán)節(jié)可以等效為一組鉸鏈結(jié)構(gòu)，每個接口可以等效為一根2力桿。對于后側(cè)星載接口結(jié)構(gòu)，設(shè)計了2層沿質(zhì)心連線方向的柔性環(huán)節(jié)以適應(yīng)溫度變化，并在兩層柔性環(huán)節(jié)間設(shè)計1層垂直質(zhì)心連線方向的柔性環(huán)節(jié)。該接口結(jié)構(gòu)方案設(shè)計可以實現(xiàn)靜定約束要求。星載接口組件是空間相機的力學(xué)環(huán)境輸入端，柔性環(huán)節(jié)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，所以星載接口結(jié)構(gòu)需要具有較高的機械強度。本文選用

諦竊亓?用娌??灰剖保?嗷?市幕?在高度方向有所下降。通過設(shè)計空間相機星載接口結(jié)構(gòu)受溫差作用產(chǎn)生的位移量，可使相機質(zhì)心在星載連接面內(nèi)的投影保持不變，保證相機光軸方向不發(fā)生角度偏移。2．3星載接口結(jié)構(gòu)設(shè)計本研究采用帶有柔性環(huán)節(jié)的星載接口結(jié)構(gòu)，替代傳統(tǒng)的運動鉸鏈結(jié)構(gòu)，避免了鉸鏈間配合間隙的存在，力學(xué)環(huán)境試驗時不會出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象。同時，因結(jié)構(gòu)件數(shù)量減少，提升了結(jié)構(gòu)可靠性、穩(wěn)定性。本研究借鑒柔鉸設(shè)計原理［7-9］，根據(jù)上述熱適應(yīng)性要求，初步設(shè)計星載接口結(jié)構(gòu)形式，如圖3所示。圖3星載接口結(jié)構(gòu)三維模型根據(jù)圖2可知:在衛(wèi)星艙板膨脹變形時，前側(cè)兩個星載接口沿平行和垂直光軸方向產(chǎn)生位移，因此，本研究在兩個方向上分別設(shè)計2個柔性環(huán)節(jié)�？紤]星載接口結(jié)構(gòu)受力情況，每個結(jié)構(gòu)在上、下兩端對稱設(shè)計了兩層互相垂直的柔性環(huán)節(jié)。互相垂直的2個柔性環(huán)節(jié)可以等效為一組鉸鏈結(jié)構(gòu)，每個接口可以等效為一根2力桿。對于后側(cè)星載接口結(jié)構(gòu)，設(shè)計了2層沿質(zhì)心連線方向的柔性環(huán)節(jié)以適應(yīng)溫度變化，并在兩層柔性環(huán)節(jié)間設(shè)計1層垂直質(zhì)心連線方向的柔性環(huán)節(jié)。該接口結(jié)構(gòu)方案設(shè)計可以實現(xiàn)靜定約束要求。星載接口組件是空間相機的力學(xué)環(huán)境輸入端，柔性環(huán)節(jié)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，所以星載接口結(jié)構(gòu)需要具有較高的機械強度。本文選用牌號TC4的鈦合金［10］材料制造星載接口，TC4材料性能如表1所示。表1TC4材料性能密度ρ/(g·cm－3)彈性模量E/GPa屈服強度σs/MPa抗拉強度σb/MPa線膨脹系數(shù)α/(10－6·K－1)泊松比μ4．41094458959．10．342．4靜定約束驗證

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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