本文關(guān)鍵詞：衛(wèi)星主承力構(gòu)件與光學(xué)相機(jī)的共結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及動(dòng)力學(xué)優(yōu)化

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【摘要】：微小衛(wèi)星具有體積小、重量輕、功能密度大等優(yōu)點(diǎn),備受世界各國(guó)關(guān)注,已成為空間技術(shù)發(fā)展的重要方向。其研制周期短、成本低、發(fā)射方式靈活,可進(jìn)一步快速組網(wǎng)形成分布式星座,滿足應(yīng)急遙感任務(wù)對(duì)全球覆蓋、快速重訪、多源信息獲取的需求。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)為衛(wèi)星及其各分系統(tǒng)提供支撐,承受和傳遞載荷,安裝設(shè)備和保證衛(wèi)星構(gòu)型,并保持一定剛度和尺寸穩(wěn)定性。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的集成化和輕量化設(shè)計(jì)有利于降低衛(wèi)星重量和尺寸,使衛(wèi)星朝小型化和微小型化發(fā)展過程中面臨的重要課題。本文針對(duì)“吉林一號(hào)”靈巧視頻衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中遇到的一些問題,采用“星載一體化”的設(shè)計(jì)理念,對(duì)傳統(tǒng)的中心承力筒構(gòu)型進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化。對(duì)該衛(wèi)星的主承力結(jié)構(gòu)和光學(xué)相機(jī)進(jìn)行了一體化設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)出一種新型的共結(jié)構(gòu)形式。該共結(jié)構(gòu)集載荷艙、服務(wù)艙于一體,同時(shí)兼具相機(jī)遮光罩功能,從而提高了衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的功能密度,降低了衛(wèi)星的體積和結(jié)構(gòu)的重量。從結(jié)構(gòu)功能上考慮,本文從兩方面對(duì)共結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的優(yōu)化設(shè)計(jì):(1)整星主承力結(jié)構(gòu)方面:共結(jié)構(gòu)作為整星的中心承力筒,是整星主傳力路徑的一部分,為星上單機(jī)設(shè)備提供安裝位置。為優(yōu)化共結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性,本文針對(duì)共結(jié)構(gòu)的剛度和隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)。從結(jié)構(gòu)的靈敏度分析入手,結(jié)合碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn),對(duì)共結(jié)構(gòu)進(jìn)行了鋪層厚度進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果獲得了鋪層數(shù)量,進(jìn)而利用試驗(yàn)手段對(duì)鋪層順序進(jìn)行了設(shè)計(jì),得到共結(jié)構(gòu)的鋪層順序?yàn)閇45/0/-45/90]2S。(2)光學(xué)載荷方面:共結(jié)構(gòu)也是光學(xué)相機(jī)的外遮光罩,是光學(xué)系統(tǒng)抑制雜散光的主要部件,為相機(jī)提供雜散光抑制的功能。本文對(duì)共結(jié)構(gòu)進(jìn)行了外遮光罩功能化設(shè)計(jì),包括外遮光罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、擋光環(huán)的分布優(yōu)化設(shè)計(jì)以及雜散光分析,使光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)源透過率(PST)優(yōu)于10-5量級(jí),滿足了視頻衛(wèi)星成像的要求。根據(jù)以上設(shè)計(jì)優(yōu)化的結(jié)果,建立整星的有限元模型,并對(duì)該模型進(jìn)行相關(guān)的力學(xué)分析。首先分析了共結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)力學(xué)特性,包括正弦振動(dòng)響應(yīng)和隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng),分析結(jié)果表明共結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)良好,能夠滿足星上設(shè)備對(duì)力學(xué)環(huán)境的要求。此外,從結(jié)構(gòu)安全性考慮,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)。本文充分考慮了衛(wèi)星發(fā)射過程中的過載系數(shù)和結(jié)構(gòu)安全系數(shù),對(duì)整星結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力學(xué)分析,根據(jù)分析數(shù)據(jù)計(jì)算了衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的安全裕度,結(jié)果表明整星結(jié)構(gòu)具有較大的安全余量,能夠滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。為驗(yàn)證以上結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的合理性和有限元分析結(jié)果的準(zhǔn)確性,本文設(shè)計(jì)了整星力學(xué)環(huán)境試驗(yàn),通過對(duì)整星在驗(yàn)收級(jí)和鑒定級(jí)條件下正弦和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集分析,試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了有限元模型構(gòu)建及分析的有效性,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,滿足要求。綜合以上分析和試驗(yàn)結(jié)果,本文提出的共結(jié)構(gòu)形式,能夠滿足靈巧視頻衛(wèi)星對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)功能及力學(xué)性能的要求,為同類型的光學(xué)遙感微小衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：V423.4

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1 譚陸洋;衛(wèi)星主承力構(gòu)件與光學(xué)相機(jī)的共結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及動(dòng)力學(xué)優(yōu)化[D];中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所;2017年

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本文編號(hào)：1301144