[發明專利]一種綜合力?電功能的多功能航天結構一體化設計方法

有效

• 申請號: 201610940433.4
• 申請日: 2016-11-01
• 公開（公告）號: CN106528976B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 李東旭;周志成;郝東;廖一寰;朱仕堯;范才智;吳軍;尹昌平;李德湛
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 陳立新

1.一種綜合力-電功能的多功能航天結構一體化設計方法，其特征在于，該方法包括三個部分，分別為：結構設計、電池組設計和約束匹配模塊設計；

所述結構設計的具體步驟為：

(S11)對多功能航天結構進行結構總體方案設計；從多功能航天結構的結構構型、幾何尺寸、安裝方式、質量分布方面進行設計；

(S12)對多功能航天結構進行結構參數設計；在所述結構總體方案設計的基礎上，對結構頻率、幾何參數、結構強度、結構剛度和材料特性參數進行設計；

(S13)提出對電池組設計的約束條件，作為電池組設計驗證與迭代修改的驗證標準；

所述電池組設計的具體步驟為：

(S21)對電池組總體方案進行設計，包括電池組電性能設計和電池組結構設計兩部分；所述電池組電性能設計是以電源系統的電性能指標為依據，從電池組的總電壓、總容量、串并方式、能量密度、充電體制、放電體制方面對電池組進行總體方案設計；所述電池組結構設計是從電池組的結構構型、包絡尺寸、內部布局、結構質量、支撐方式、絕緣措施和導熱策略方面進行設計；

(S22)對單體電池電芯進行設計，包括電芯電性能設計和電芯結構設計兩部分；所述電芯電性能設計在電池組電性能設計的基礎上，對單體電壓、單體內阻、單體容量、放電深度及循環壽命進行設計；所述電芯結構設計是在電池組結構設計的基礎上，對電芯的內部構造、材料選型、疊層方式和密封手段進行設計；

(S23)提出對結構設計的約束條件，作為結構設計驗證與迭代修改的驗證標準；

所述約束匹配模塊設計的具體方法為：

根據結構設計與電池組設計兩者之間的關系，設計構型約束、外形約束、重量約束、頻率約束、穩固性能、絕緣性能和散熱性能約束限制條件，并依據步驟(S13)與步驟(S23)更新相關約束條件，用于檢驗結構設計和電池組設計是否滿足要求的標準；

對初步設計出來的多功能航天結構分別進行結構設計驗證、電池組設計驗證，并根據驗證結果對結構設計、電池組設計進行匹配、迭代和修改，直至滿足多功能航天器結構功能要求。

2.如權利要求1所述的一種綜合力-電功能的多功能航天結構一體化設計方法，其特征在于，所述結構設計驗證的具體過程為：根據電池組設計提出的約束條件，逐條驗證結構設計的合理性；若所有約束條件均滿足，則完成結構設計；若不滿足約束條件，則對結構總體方案設計和結構參數設計進行迭代修改；在修改過程中，優先修改對結構整體設計影響較小的結構參數；只有當修改結構參數不能滿足約束條件時，才對結構總體方案設計進行修改。

3.如權利要求1所述的綜合力-電功能的多功能航天結構一體化設計方法，其特征在于，所述電池組設計驗證的具體過程為：根據結構設計提出的約束條件，逐條驗證電池組設計的合理性；若所有驗證條件均滿足，則確定電池組設計；若不滿足驗證條件，則對電池組總體方案設計和單體電池電芯設計進行修改；在修改過程中，優先修改單體電池電芯設計；在單體電池電芯設計修改中按照先局部參數，后材料選型，再到內部構造的優先級順序依次修改；當修改單體電池電芯設計不能滿足約束條件時，才對電池組總體方案設計進行修改。

4.如權利要求1所述的綜合力-電功能的多功能航天結構一體化設計方法，其特征在于，所述結構設計、電池組設計的迭代和修改均采用遞進迭代方式進行設計修改；首先通過較大修改步長的迭代計算，確定滿足約束條件的初步改進設計方案；在此基礎上，縮小修改步長，在參數取值附近搜索最優的改進設計方案。

5.如權利要求1所述的綜合力-電功能的多功能航天結構一體化設計方法，其特征在于，還包括對多功能航天結構的外觀與內部構造進行一體化設計的步驟，具體內容包括：內部線纜布局規劃、連接方式選擇、接口位置優化，使得最終設計出來的多功能航天結構外觀形狀規則整齊、接口位置合理，便于安裝和模塊化應用。

6.如權利要求1所述的綜合力-電功能的多功能航天結構一體化設計方法，其特征在于：

所述多功能航天結構的結構構型為方形板狀結構；

所述多功能航天結構的幾何尺寸依據包絡約束進行確定；

所述安裝方式為將多功能航天結構作為一個封閉的整體結構，在厚度方向增加上、下蓋板；所述上、下蓋板通過框架與多功能航天結構連接成一體，并通過螺釘連接方式將框架結構與衛星本體牢固連接；

所述質量分布設計內容為將大部分結構質量分布到電池組上，以減少框架和彈性支撐的質量比例。