[發明專利]一種輕量化航天器主結構

有效

• 申請號: 201710822779.9
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN107745829B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 曾惠忠;董彥芝;盛聰;鄧宇華
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: B64G1/22
• 分類號: B64G1/22;B64G1/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;楊志兵

本發明屬于航天器結構領域技術領域，特別涉及一種需要攜帶大質量貯箱的高軌或者深空探測領域的航天器主結構。一種輕量化航天器主結構，它包括：底板、中心角盒、頂板、四塊隔板、四塊側板和四塊斜側板；本發明采用八棱柱加頂部和底部外凸的結構構型，在整器布局層面有效降低結構重量。為滿足結構剛度和設備裝需求，頂板設計為鋁面板鋁蜂窩夾層結構板，底板設計為碳纖維增強樹脂加筋殼，其余結構板設計為碳纖維增強樹脂面板鋁蜂窩夾層結構板。本發明用最小面積的艙板實現儀器安裝，能大幅減輕整器結構重量，同時配合系統總體設計出構型更優、重量更輕的探測器。

技術領域

本發明屬于航天器結構領域技術領域，特別涉及一種需要攜帶大質量貯箱的高軌或者深空探測領域的航天器主結構。

背景技術

航天器主結構類型主要有：中心承力筒結構、桿系結構、箱板結構、殼體結構。中心承力筒結構和殼體結構有利于保證結構強度和剛度，但對設備安裝適應性較差；桿系結構和箱板式結構對設備安裝適應性較好，但桿系結構的開敞性和承受集中載荷能力比箱板式結構好，箱板式結構的整體剛度和穩定性比桿系結構好。

對于攜帶大質量貯箱的高軌和深空探測領域航天器，主結構重量占整器重量的比例要求很低(通常會低于7％)，以滿足任務需求。單一的結構類型通常無法兼顧重量輕、強度剛度好、設備安裝適應性好的要求。因此，需要將不同類型主結構進行結合，能最大限度地發揮各類結構的優點。例如我國的風云三號衛星，法國的SPOT衛星等衛星就是典型的桿系結構、中心承力筒結構和箱板結構的混合結構。對于攜帶大質量貯箱的航天器結構，通常從構型布局上會有兩種方式：單獨形成推進艙和設備艙，推進艙和設備艙融合為一體。

我國的環境1C衛星結構屬于推進艙和設備艙分艙設計，推進艙采用殼體結構，設備艙采用箱板結構。由于箱體結構和殼體推進艙空間上分開設計，存在整星質心高、布局不緊湊的缺點，導致結構占整星重量的15％(整星重約950kg)。因此從減輕結構重量出發，推進艙和設備艙分艙設計的結構存在先天不足。

嫦娥三號著陸器結構屬于推進艙和設備艙一體設計，采用箱板和框架組合結構，隔板預埋梁和底部對接環形成主承力框架。嫦娥三號著陸器橫截面為2500mm×2500mm，整器重約3780kg，通過貯箱水平并聯分布，降低了質心，結構緊湊，最終結構重199.6kg，結構承載效率很高。但對于整體橫截面尺寸壓縮到1700mm×1700mm，而設備安裝數量尺寸基本不變情況下，艙內設備安裝空間不足。

為了滿足空間緊湊，重量輕，在橫截面尺寸相對現有設備尺寸不十分富裕的約束條件下，需要綜合箱板式結構和殼體結構的優點，設計出一種箱板和殼體融合為一個艙體的結構，解決增大設備安裝空間和減輕重量、提高結構強度剛度的矛盾。

發明內容

本發明的目的是：針對攜帶大質量貯箱的高軌和深空探測領域的航天器，為了兼顧重量輕、強度和剛度好、設備安裝適應性好的要求，提供一種箱板和殼體融合為一個艙體的航天器主結構，解決增大設備安裝空間和減輕重量、提高結構強度剛度的矛盾。

本發明的技術方案是：一種輕量化航天器主結構，包括：底板、中心角盒、頂板、四塊隔板、四塊側板、四塊斜側板；

所述底板為球冠形，采用碳纖維增強樹脂復合材料加筋殼；

所述頂板為外凸的鋁蜂窩夾層結構板；

所述中心角盒為鋁合金薄壁結構；

所述隔板、側板與斜側板均為碳纖維增強樹脂面板鋁蜂窩夾層結構板；