一种适用于点式星箭分离方式的桁架式卫星结构的制作方法

1.本发明涉及卫星结构设计技术领域，具体涉及一种适用于点式星箭分离方式的桁架式卫星结构。


背景技术：

2.目前，国内非返回式卫星的结构大多是采用中心承力筒加结构板式(板筒式)构型或结构板式(板架式)构型，与运载接口多采用包带式连接分离方式。随着卫星组网对一箭多星发射卫星结构的要求，以往板筒式和板架式卫星结构已经难以适应一箭多星发射采用点式爆炸螺栓星箭连接分离的要求。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种适用于点式星箭分离方式的桁架式卫星结构，能够满足卫星对强度、刚度、精度以及各种接口要求，易于加工和装配，能够满足产品批量生产和模块化分舱操作的要求。
4.本发明采用以下具体技术方案：
5.一种适用于点式星箭分离方式的桁架式卫星结构，包括用于承力的复合材料桁架和固定连接于所述复合材料桁架的蜂窝夹层结构板，并通过所述蜂窝夹层结构板围成平台舱和位于所述平台舱顶部的载荷舱；
6.所述复合材料桁架包括沿竖直方向延伸的平台舱桁架立杆、沿竖直方向延伸的载荷舱桁架立杆、沿水平方向延伸的桁架横杆、起吊接头、星箭分离接头以及舱间对接接头；
7.所述平台舱桁架立杆沿所述平台舱的周向分布；
8.所述载荷舱桁架立杆沿所述载荷舱的周向分布，并与所述平台舱桁架立杆一一对应；
9.所述平台舱桁架立杆的底端固定连接有所述星箭分离接头，顶端通过所述舱间对接接头与所述载荷舱桁架立杆的底端固定连接；
10.所述载荷舱桁架立杆的顶端固定连接有所述起吊接头；
11.在沿周向相邻的所述起吊接头之间、相邻的所述星箭分离接头之间、以及相邻的所述舱间对接接头之间均固定连接有一个所述桁架横杆。
12.更进一步地，所述平台舱桁架立杆、所述载荷舱桁架立杆以及所述桁架横杆均采用高模量碳纤维m55j树脂基复合材料缠绕成型。
13.更进一步地，所述星箭分离接头、所述起吊接头以及所述舱间对接接头均采用铝合金经机加成型。
14.更进一步地，所述星箭分离接头设置有用于连接所述平台舱桁架立杆和所述桁架横杆的杆件连接接口、用于连接地面工装的工装接口、用于连接星箭连接分离装置的星箭连接接口、以及用于连接所述蜂窝夹层结构板的板材接口。
15.更进一步地，所述舱间对接接头包括可拆卸连接的上接头和下接头；
16.所述上接头设置有用于连接所述载荷舱桁架立杆的立杆接口；
17.所述下接头设置有用于连接所述平台舱桁架立杆和所述桁架横杆的杆件连接接口、以及用于连接所述蜂窝夹层结构板的板材接口。
18.更进一步地，所述起吊接头设置有用于连接吊具的吊装孔、用于连接蜂窝夹层结构板的板材接口、以及用于连接所述桁架横杆与所述载荷舱桁架立杆的杆件连接接口。
19.更进一步地，所述载荷舱桁架立杆、所述平台舱桁架立杆以及所述桁架横杆均通过常温固化胶粘接有多个结构板连接件，所述结构板连接件用于连接所述蜂窝夹层结构板。
20.更进一步地，所述蜂窝夹层结构板包括平台蜂窝夹层结构板和载荷舱蜂窝夹层结构板；
21.所述平台蜂窝夹层结构板包括平台底板、平台侧板、平台隔板和中板；
22.所述载荷舱蜂窝夹层结构板包括载荷舱侧板、载荷舱顶板以及载荷舱隔板组成。
23.更进一步地，所述平台舱桁架立杆通过杆件胶粘接连接于所述星箭分离接头和所述舱间对接接头；
24.所述载荷舱桁架立杆通过杆件胶粘接连接于所述舱间对接接头和所述起吊接头；
25.所述桁架横杆通过杆件胶粘接连接于所述起吊接头、所述舱间对接接头以及所述星箭分离接头。
26.更进一步地，所述复合材料桁架为长方体形结构；
27.沿所述平台舱的周向分布有四个所述平台舱桁架立杆。
28.有益效果：
29.上述桁架式卫星结构采用复合材料桁架作为主承力结构，蜂窝夹层结构板固定安装于复合材料桁架，使得桁架与蜂窝夹层结构板的装配结构简单，星箭对接接头为桁架接头，使传力路径最短，并且简单、直接，能够有效承受和传递集中载荷，同时星箭对接接头还可以提供与运载和地面工装的接口，采用上述结构能够满足卫星对强度、刚度、精度以及各种接口要求，并且易于加工和装配，能够满足产品批量生产和模块化分舱操作的要求。
附图说明
30.图1为本发明的桁架式卫星结构的立体结构示意图；
31.图2为图1中桁架式卫星结构的分体结构示意图；
32.图3为图1中桁架式卫星结构的爆炸结构示意图；
33.图4为图1中桁架式卫星结构的复合材料桁架的立体结构示意图；
34.图5为图4中复合材料桁架的星箭分离接头的立体结构示意图；
35.图6为图5中星箭分离接头的另一个视角的立体结构示意图；
36.图7为图4中复合材料桁架的起吊接头的立体结构示意图；
37.图8为平台底板和平台侧板与桁架横杆的装配结构示意图。
38.其中，1
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平台舱，2
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载荷舱，3
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平台舱桁架立杆，4
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载荷舱桁架立杆，5
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桁架横杆，6
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起吊接头，7
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星箭分离接头，8
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舱间对接接头，9
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平台底板，10
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平台中板，11
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平台侧板，12
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平台隔板，13
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载荷舱顶板，14
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载荷舱侧板，15
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载荷舱隔板，16
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结构板连接件，17
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杆件连接接口，18
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工装接口，19
‑
星箭连接接口,20
‑
板材接口，21
‑
吊装孔
具体实施方式
39.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
40.本发明提供了一种适用于点式星箭分离方式的桁架式卫星结构，如图1、图2和图3结构所示，该桁架式卫星结构包括用于承力的复合材料桁架和固定连接于复合材料桁架的蜂窝夹层结构板，并通过蜂窝夹层结构板围成平台舱1和位于平台舱1顶部的载荷舱2；如图2结构所示，桁架式卫星结构的底部构成平台舱1、且顶部构成载荷舱2；蜂窝夹层结构板可以采用铝合金蒙皮或者碳纤维蒙皮铝蜂窝夹层结构；
41.复合材料桁架包括沿竖直方向延伸的平台舱桁架立杆3、沿竖直方向延伸的载荷舱桁架立杆4、沿水平方向延伸的桁架横杆5、起吊接头6、星箭分离接头7以及舱间对接接头8；如图4结构所示，复合材料桁架可以为长方体形结构，也可以为其它形状；当复合材料桁架为长方体形结构时，沿平台舱1的周向分布有四个平台舱桁架立杆3；
42.平台舱桁架立杆3沿平台舱1的周向分布；
43.载荷舱桁架立杆4沿载荷舱2的周向分布，并与平台舱桁架立杆3一一对应；如图4结构所示，当复合材料桁架采用长方体形结构，并设置有四个平台舱桁架立杆3，在每个平台舱桁架立杆3的顶部分别设置有一个一一对应的载荷舱桁架立杆4，即，在载荷舱2的周向分布有四个载荷舱桁架立杆4；
44.如图4结构所示，平台舱桁架立杆3的底端固定连接有星箭分离接头7，顶端通过舱间对接接头8与载荷舱桁架立杆4的底端固定连接；如图5和图6结构所示，星箭分离接头7可以设置有用于连接平台舱桁架立杆3和桁架横杆5的杆件连接接口17、用于连接地面工装的工装接口18、用于连接星箭连接分离装置的星箭连接接口19、以及用于连接蜂窝夹层结构板的板材接口20；杆件连接接口17可以为用于插接平台舱桁架立杆3和桁架横杆5的盲孔；工装接口18、星箭连接接口19以及板材接口20均可以为通孔；
45.如图4结构所示，载荷舱桁架立杆4的顶端固定连接有起吊接头6；通过起吊接头6便于桁架式卫星结构的吊装和搬运；如图7结构所示，起吊接头6设置有用于连接吊具的吊装孔21、用于连接蜂窝夹层结构板的板材接口20、以及用于连接桁架横杆5与载荷舱桁架立杆4的杆件连接接口17；
46.如图4结构所示，在沿周向相邻的起吊接头6之间、相邻的星箭分离接头7之间、以及相邻的舱间对接接头8之间均固定连接有一个桁架横杆5。
47.上述桁架式卫星结构采用复合材料桁架作为主承力结构，蜂窝夹层结构板固定安装于复合材料桁架，使得桁架与蜂窝夹层结构板的装配结构简单，星箭对接接头为桁架接头，使传力路径最短，并且简单、直接，能够有效承受和传递集中载荷，同时星箭对接接头还可以提供与运载和地面工装的接口，采用上述结构能够满足卫星对强度、刚度、精度以及各种接口要求，并且易于加工和装配，能够满足产品批量生产和模块化分舱操作的要求。
48.一种具体的实施方式中，平台舱桁架立杆3、载荷舱桁架立杆4以及桁架横杆5均采用高模量碳纤维m55j树脂基复合材料缠绕成型。星箭分离接头7、起吊接头6以及舱间对接接头8均采用铝合金经机加成型。
49.如图2和图4结构所示，舱间对接接头8包括可拆卸连接的上接头(图中未示出)和下接头(图中未示出)；上接头设置有用于连接载荷舱桁架立杆4的立杆接口；下接头设置有用于连接平台舱桁架立杆3和桁架横杆5的杆件连接接口17、以及用于连接蜂窝夹层结构板
的板材接口20。为了方便上接头和下接头的连接，还可以在上接头和下接头之间设置定位配合接口。
50.由于舱间对接接头8由可拆卸连接的上接头和下接头构成，使得平台舱1和载荷舱2能够单独装配，并在装配完成后通过上接头和下接头之间的固定连接实现平台舱1和载荷舱2的组装，便于实现桁架式卫星结构的灵活装配。
51.如图4和图8结构所示，载荷舱桁架立杆4、平台舱桁架立杆3以及桁架横杆5均通过常温固化胶粘接有多个结构板连接件16，结构板连接件16用于连接蜂窝夹层结构板。图8结构中以平台底板9和平台侧板11为例示出了结构板连接件16与蜂窝夹层结构板之间的连接结构，结构板连接件16通过常温固化胶粘接于桁架横杆5上，平台底板9和平台侧板11均通过螺钉、螺栓等紧固件固定连接于结构板连接件16，从而将平台底板9和平台侧板11固定安装于桁架横杆5上，同理，将蜂窝夹层结构板逐个安装于载荷舱桁架立杆4、平台舱桁架立杆3以及桁架横杆5，最终实现复合材料桁架的组装。
52.如图3结构所示，蜂窝夹层结构板包括平台蜂窝夹层结构板和载荷舱2蜂窝夹层结构板；其中：
53.平台蜂窝夹层结构板包括平台底板9、平台侧板11、平台隔板12和中板；如图3结构所示，中板介于平台舱1和载荷舱2之间，通过安装于平台舱桁架立杆3的平台侧板11以及安装于桁架横杆5的平台底板9和中板围成平台舱1，平台隔板12可以对平台舱1进行分隔；
54.载荷舱2蜂窝夹层结构板包括载荷舱侧板14、载荷舱顶板13以及载荷舱隔板15组成；如图3结构所示，载荷舱2位于平台舱1的顶部，通过安装于载荷舱桁架立杆4和桁架横杆5的载荷舱侧板14、以及安装于桁架横杆5的载荷舱顶板13围绕形成载荷舱2，载荷舱隔板15可以对载荷舱2进行分隔。
55.在上述各实施例的基础上，平台舱桁架立杆3通过杆件胶粘接连接于星箭分离接头7和舱间对接接头8；载荷舱桁架立杆4通过杆件胶粘接连接于舱间对接接头8和起吊接头6；桁架横杆5通过杆件胶粘接连接于起吊接头6、舱间对接接头8以及星箭分离接头7。
56.上述桁架式卫星结构进行装配时，首先进行桁架结构的装配，以星箭对接接头为基准，自下而上装配桁架，桁架装配精度、桁架与运载火箭、地面工装和结构板的接口精度均可由工装保证；然后以各结构板安装面调整工装为基准胶接桁架与结构板连接件16，最后安装结构板。在安装过程中，可根据总装操作要求分解成平台舱结构和载荷舱结构。
57.通过针对不同结构方案及其适用的星箭接口形式，通过模态分析、结构特点比较、结构工艺性和布局适应性等方面的对比分析，桁架式结构对一箭多星发射点式星箭接口具有更大的优势，主要体现在桁架传力路径更直接，结构刚度高，结构承载比大，总装操作开敞性好且生产装配工艺简单，为我国一箭多星发射直接入轨的卫星结构设计提供参考。
58.上述桁架式卫星结构通过整星力学分析、鉴定级静力试验和振动试验验证以及星箭对接分离试验的验证，表明结构刚度、强度和精度均满足设计要求，且总装起吊、运输、分合舱等操作方便、开敞性良好，已经过十六颗的在轨飞行验证。另外，本发明的桁架式卫星结构也可以推广应用于其它采用一箭多星发射点式星箭连接的卫星。
59.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。