[發(fā)明專利]一種通用的航天器設(shè)備安裝支架參數(shù)化構(gòu)型設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110484042.7
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113283023A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李修峰;高令飛;劉正山;王偉;高秀會
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空間技術(shù)研究院
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F111/04;G06F111/06
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

一種通用的航天器設(shè)備安裝支架參數(shù)化構(gòu)型設(shè)計方法，其包括步驟如下：步驟S1，根據(jù)航天器設(shè)備安裝支架的功能，對航天器設(shè)備安裝支架的功能組成要素進(jìn)行分解；步驟S2，設(shè)定航天器設(shè)備安裝支架的基礎(chǔ)構(gòu)型，確定基礎(chǔ)構(gòu)型的關(guān)鍵幾何特征，提取關(guān)鍵幾何特征的尺寸參數(shù)，得到航天器設(shè)備安裝支架的參數(shù)化構(gòu)型；步驟S3，以減重為目標(biāo)，自動調(diào)整尺寸參數(shù)驅(qū)動航天器設(shè)備安裝支架的參數(shù)化構(gòu)型變化，獲得航天器設(shè)備安裝支架的輕量化構(gòu)型。本發(fā)明的方法解決構(gòu)型設(shè)計難度高、設(shè)計過程復(fù)雜、幾何模型修改工作量大、優(yōu)化設(shè)計結(jié)果不直觀等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種支架產(chǎn)品構(gòu)型設(shè)計方法。

背景技術(shù)

航天器設(shè)備安裝支架為航天器設(shè)備提供合適的安裝界面并保障其功能實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)件。航天器上支架種類多、數(shù)量大且通用性較差，因此支架新研需求強烈。另外，支架大多采用鋁合金或鎂合金等金屬材料制造而成，總重量較大，支架設(shè)計通常要求減重優(yōu)化。

支架構(gòu)型設(shè)計是減重設(shè)計的重要途徑之一。當(dāng)前，航天器設(shè)備支架構(gòu)型設(shè)計一般采用以下兩種設(shè)計思路：(1)基于經(jīng)驗的設(shè)計，繼承現(xiàn)有的構(gòu)型方案并在此基礎(chǔ)上根據(jù)需要進(jìn)行適應(yīng)性修改，專利《一種輕量化10N支架》(CN201420198648.X)、專利《一種一體化星敏感器支架》(CN201820888051.6)、專利《一種整體安裝式星敏感器支架》(CN201220617104.3)、《一種星上運動部件遠(yuǎn)端監(jiān)視相機支架》(CN201420077249.8)和《一種新型動量輪安裝支架》(CN201420261795.7)描述的支架構(gòu)型設(shè)計均屬于這一類；(2)基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計，應(yīng)用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)、形狀優(yōu)化技術(shù)或尺寸優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行支架構(gòu)型全新設(shè)計，專利《一種一體化桁架式地球敏感器支架》(CN201721839887.9)和專利《一種框架支撐式的大容量氦氣瓶支架》(CN201621070542.7)描述的支架設(shè)計均屬于這一類。

從減重設(shè)計效率的角度分析，兩種設(shè)計思路均存在不足之處。對于前者，繼承的構(gòu)型方案不一定能夠較好的適應(yīng)新支架的使用工況，而且對于部分構(gòu)型有調(diào)整需求的情形，根據(jù)經(jīng)驗調(diào)整特征尺寸并通過力學(xué)分析判斷調(diào)整量對提升設(shè)計指標(biāo)是否有效的減重尋優(yōu)過程是低效的；對于后者，雖然前述的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法已被證明在結(jié)構(gòu)輕量化尋優(yōu)方面是有效的，但這些方法受到有限元模型本身的局限性，存在的設(shè)計變量類型有限、優(yōu)化模型建模復(fù)雜、優(yōu)化結(jié)果不能真正代表實際幾何特征狀態(tài)、優(yōu)化過程繁瑣等問題仍不能忽視。

另外，兩種設(shè)計思路實施時關(guān)注的重點是幾何特征，任何涉及幾何特征的修改操作，往往需要重建幾何模型并在此基礎(chǔ)上開展進(jìn)一步的優(yōu)化迭代或力學(xué)分析工作，整個環(huán)節(jié)步驟繁瑣、工作量大。

綜上所述，現(xiàn)有航天器設(shè)備安裝支架設(shè)計流程不能高效、便捷地進(jìn)行新型支架構(gòu)型減重設(shè)計。為應(yīng)對當(dāng)前航天器支架大數(shù)量且輕量化的設(shè)計需求，迫切需要一種通用的、高效的、幾何特征可參數(shù)驅(qū)動的航天器設(shè)備安裝支架減重設(shè)計方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對采用金屬材料的一體化構(gòu)型形式的航天器設(shè)備安裝支架設(shè)計需求，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通用的航天器設(shè)備安裝支架參數(shù)化構(gòu)型設(shè)計方法，提供通用的航天器設(shè)備安裝支架以及一組影響構(gòu)型形式的關(guān)鍵特征(參數(shù))，解決構(gòu)型設(shè)計難度高、設(shè)計過程復(fù)雜、幾何模型修改工作量大、優(yōu)化設(shè)計結(jié)果不直觀等問題。本發(fā)明進(jìn)一步解決的技術(shù)問題是提供一種參數(shù)化的幾何模型，通過計算機程序自動尋優(yōu)，實現(xiàn)支架減重優(yōu)化設(shè)計。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：通用的航天器設(shè)備安裝支架參數(shù)化構(gòu)型設(shè)計方法，包括步驟如下：

步驟S1，根據(jù)航天器設(shè)備安裝支架的功能，對航天器設(shè)備安裝支架的功能組成要素進(jìn)行分解；

步驟S2，設(shè)定航天器設(shè)備安裝支架的基礎(chǔ)構(gòu)型，確定基礎(chǔ)構(gòu)型的關(guān)鍵幾何特征，提取關(guān)鍵幾何特征的尺寸參數(shù)，得到航天器設(shè)備安裝支架的參數(shù)化構(gòu)型；

步驟S3，以減重為目標(biāo)，自動調(diào)整尺寸參數(shù)驅(qū)動航天器設(shè)備安裝支架的參數(shù)化構(gòu)型變化，獲得航天器設(shè)備安裝支架的輕量化構(gòu)型。