低轨通信卫星箱式构型设计与散热能力分析

为提高低轨通信卫星散热效率,降低卫星平台质量,通过分析卫星在轨飞行时各个蜂窝板外热流特点,提出一种以热管为传导网络的倒梯形延展板箱式构型。首先,根据低轨通信卫星在轨外热流积分平均值,通过数值计算得到各蜂窝板平均散热能力,并对比两种箱式构型散热能力。其次,为保证各蜂窝板温度均匀,设计了由预埋热管和外敷热管组成的热管网络,强化蜂窝板内和蜂窝板间热耦合特性。最后,某型低轨通信卫星采用倒梯形延展板构型方案,并对卫星进行高低温热平衡试验验证。研究结果表明:在相同面积条件约束下,与正梯形构型相比,倒梯形延展板构型+X蜂窝板散热能力提升36.3%,-X蜂窝板散热能力提升36.4%,+Z蜂窝板散热能力提升10.2%,-Z蜂窝板散热能力提升98.6%,整星散热能力提升34.6%;热平衡试验结果表明,在高低温工况下所有设备满足温度指标要求,整星满足2 200 W热耗散热能力需求,其中+Z板相控阵天线峰值热耗为870 W,证实了基于热管网络的倒梯形延展板箱式构型的可行性。     

微小卫星天线与飞轮共支撑结构优化设计与试验

针对基于星载一体化理念设计的某微小卫星星载天线与S飞轮支撑结构随机振动响应不满足总体设计指标的问题,将星载天线与飞轮进行共支撑结构设计,提出以随机振动加速度响应为目标的优化设计方法。以支撑结构敏感点随机响应RMS值为优化目标,体积分数和基频为约束条件,建立数学模型,对结构进行优化设计;对优化后的支撑结构工程分析,基频达到200 Hz以上,质量由1.9 kg减少到0.65 kg,降低65.6%;开展了力学环境试验对支撑结构性能进行验证,支撑结构基频210 Hz,加速度响应RMS值最大相对放大率为0.54,满足总体基频大于185 Hz和相对放大率小于等于0.6的要求。结果表明,该优化方法有效可行,支撑结构动力学参数较好地满足了微小卫星总体设计要求。     

空间相机柔性减振支撑结构的优化设计

根据高分辨率空间相机性能要求,设计了一种倒圆角直梁复合组成的双脚架柔性减振支撑结构。首先,根据某卫星结构要求初步设计了相机底部支撑结构,建立了以随机响应为目标的优化设计模型。利用尺寸优化设计了双脚架结构支腿的柔性环节,得到柔性环节最小厚度为2.5mm。然后,对相机底部支撑结构进行了工程分析。分析结果表明,设计的支撑结构组件重量1.26kg,基频达到1 624Hz。最后,对空间相机底部支撑结构组件进行了随机振动试验,试验结果显示:与相机结构连接处的最大响应RMS值为21.4grms,随机响应最大相对放大率为0.93,满足空间相机支撑结构的减振要求。得到的结果验证了设计和分析的可靠性,对同类卫星相机底部支撑结构的设计具有一定的指导意义。     

光学小卫星主载荷承力结构的多工况优化设计

为了降低光学小卫星相机次镜上的随机响应，提出了一种蜂窝夹层板结构的优化设计方法，对小卫星光学载荷的蜂窝安装板进行结构参数的优化设计。首先，以整星一阶频率不低于40 Hz为优化目标，对蜂窝芯子密度进行优化，根据三明治夹心理论，推导计算了蜂窝芯子等效力学参数。然后，以次镜的随机响应为优化目标，对蜂窝夹层板的碳纤维面板进行铺层优化设计，得到最优铺层顺序为[0/45/90/-45]S，总厚度为0.8 mm。根据以上计算得出蜂窝芯子及碳纤面板等效参数，对整星进行分析。最后，开展了整星振动试验，测量了整星模态和响应，对试验数据进行采集。结果表明:整星模态为42.2 Hz，次镜最大随机响应为11.1g，均在合理范围之内，满足了组件力学要求。     

随机振动响应下空间相机支撑结构设计与试验

针对某高分辨率空间相机结构随机振动加速度响应大的问题,对空间相机支撑结构进行了优化设计。(1)建立了基于随机振动响应分析的数学模型,推导了随机振动均方根响应表达式;(2)基于三点定位原理和双脚架柔性结构原理设计了相机支撑结构,以相机安装点RMS值最小为目标,基频作为约束,建立了相机支撑结构随机响应优化模型,对支撑结构柔性环节位置进行了尺寸优化设计,采用MSC.PatranNastran有限元分析软件对优化处理后的支撑结构进行了工程分析,相机安装点随机响应RMS值最大19.6 grms;(3)对相机支撑结构进行了随机振动试试验。结果显示:有限元分析结果与试验测量数据符合的较好,最大相对误差为8.2%,所设计的空间相机支撑结构满足空间相机使用要求,验证了所采用优化方法的可行性。     

微小卫星星敏感器支架的优化设计与试验

针对卫星结构中星敏感器支架在随机激励下加速度响应均方根(RMS)值过大的问题,提出了星敏感器支架优化设计方法。简述了星敏感器安装点随机响应的基本理论,对卫星结构进行了模态和加速度响应灵敏度分析。以星敏感器安装点RMS值最小为目标,以基频和体积分数为约束,建立了星敏感器支架随机响应优化模型,并对支架进行了拓扑优化设计。最后,利用MSC.PATRANNASTRAN对优化处理后的支架模型进行了工程分析。结果显示:星敏感器安装点随机响应RMS值降低了20%以上,支架结构轻量化率达到了50%。另外,利用振动试验台对支架进行了振动试验。实验显示:有限元分析结果与试验数据相对误差低于15%,表明设计的支架的性能参数满足设计指标,验证了所采用优化方法的可行性。     

飞轮组件微振动对高分辨率光学卫星光轴的影响

为了研究高分辨率光学卫星星上飞轮的微振动对卫星成像质量的影响,分别建立了飞轮扰动模型和整星结构动力学模型。首先,对飞轮组件系统进行了地面扰动测试,对实测扰动数据的分析表明,飞轮组件在与转速相关的一阶频率50Hz处产生一次谐波,在190Hz与280Hz左右存在与转速无关的一系列峰值。然后,对整星进行了单位正弦激励,获得了光轴角位移响应,并对其与飞轮实测扰动数据进行了集成分析。分析结果表明:整星在50~80 Hz和230~280Hz的角位移响应有较多的谐振响应频率成分,沿光轴方向和垂直光轴方向整星光轴的角位移最大谐振响应幅值分别为2.718″、2.739″,在245Hz左右存在较多幅值为0.5″量级的谐波。分析显示飞轮组件微振动对高分辨率光学卫星成像质量影响较大,得到的结果可为整星系统的优化设计和隔振补偿措施提供参考依据。     

基于蜂窝加肋板结构参数匹配抑制光学卫星随机响应

以结构参数的最优匹配为设计目标,提出了一种改善光学卫星振动环境的新思路。针对某光学卫星振动试验中出现的蜂窝顶板随机振动响应过大的问题,研究了加强肋在降低简支蜂窝板随机振动响应中的作用。分析了该光学卫星蜂窝板结构的特点,探讨了它的随机载荷以及在其激励下蜂窝板式结构的动力学响应。结合卫星自身结构上的需要,提出了一种通过添加特定截面H型加强肋的方法来降低蜂窝板的响应。利用有限元法对外形尺寸为1 000mm×1 000mm×30mm的蜂窝板模型进行随机振动分析验证,结果显示:H型加强肋能显著降低蜂窝板的振动响应,有明显减振效果。最后,根据整星振动试验结果对卫星力学模型进行了修正,并利用该方法对修正后的模型进行动力学分析和优化,分析结果表明顶板响应降幅达到了40%,为系统可接受范围,证明了提出的方法很好地抑制了结构的随机振动响应。