交会对接载人飞船返回舱结构优化设计

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1、V01．20No．6航天器工程第2O卷第6期44SPACECRAFTENGINEERING2011年11月交会对接载人飞船返回舱结构优化设计臧晓云刘刚康健张琳(1北京空间飞行器总体设计部，北京100094)(2中国空问技术研究院，北京100094)摘要为减轻飞船返回舱结构重量、使结构形式更为合理，对返回舱主要部件进行了结构优化设计。在不降低结构可靠性、满足与其他设备接口匹配性等4项优化原则的基础上，合理选取优化对象，确定了优化目的和约束条件，并以前端框、滚动发动机舱和贮箱隔舱3个主要部件为例分别进行阐述。通过优化设计，3个主要部件的结构重量减轻了

2、0．25～10kg，结构所受最大应力均低于材料的屈服极限。关键词交会对接；载人飞船；返回舱；结构；优化设计中图分类号：V414．5文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2011_06．007文章编号：1673—8748(2011)06—0044—06OptimalStructureDesignforRe—entryModuleStructureofRendezvousandDockingMannedSpacecraftZANGXiaoyunLIUGang。KANGJianZHANGLin(1BeijingInst

3、ituteofSpacecraftSystemEngineering。Beijing100094，China)(2ChinaAcademyofSpaceTechnology，Beijing100094，China)Abstract：Toreducethestructuralweightandmakethestructureingmorereasonable，thedesigl1ofmajorcomponentofthere—entrymodulestructureisoptimized．Basedonthefourpriciplesofensur

4、ingstructuralreliabilityandmatchingdeviceintei’faces，etc．，wereasonablyselectoptimizedobjectanddeterminetheoptimizationobjectsandconstraintconditions．Thethreemaincomponentsoffrontendaluminumframe，enginecompartmentandtankstructurearediscussedseparately．Byoptimizingthedesign，the

5、structureweightofthreemajorcomponentsisreduced0．25～10kg，maximumstressislowerthanmaterialyieldlimit．Keywords：rendezvousanddocking；mannedspacecraft；reentrymodule；structure；optimizatiOFI1引言号到神舟七号飞船飞行试验的成功，已经对结构设计和加工手段进行了全面的考核，包括结构设计在保证结构刚度和强度等条件下，减轻航天器确性、结构承载能力、总装接口匹配性、叮靠性、安全结构重

6、量具有特殊重要的意义，因此以减重为目的性、加工工艺方法等。但即便如此，对飞船返回舱以的航天器结构优化设计越来越受到重视⋯。神舟一往的力学分析、试验数据进行比对后发现，仍有结构收稿日期：2011-09—16：修回日期：2011ll—O2基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：臧晓云(1972一)，女，高级工程师，从事航天器结构设计研究工作。第6期臧晓云等：交会对接载人飞船返回舱结构优化设计部件可以进一步优化。尤其是面对新的交会对接载需要优化的结构尺寸。目标函数是设计变量的函人飞船任务需求，可以在已有飞船返回舱结构基础数，是评价设计优劣的标准。约束条

7、件是指对设计上开展优化设计，其目的在于通过结构优化，使结构的限制，它反映了设计变量在设计过程中必须遵循形式更为合理，提高材料利用率和结构承载能力，降的相互制约关系。结构优化过程就是围绕这3个要低结构重量，从而进一步提升飞船的装载能力。素进行的。返回舱是航天员实现天地往返的交通工具，为由于对返回舱结构的优化是在已有结构形式的双层蒙皮加筋密封结构，内层为金属壳体焊接结构，基础上开展的，因此在选取可以实现优化设计的对外层为非金属防热结构，既要承受和传递运载火箭象时，对上述3个要素的追求应建立在一定原则下：发射载荷和逃逸载荷的作用，又要承受空间运行时①不

8、改变原有主结构的构型、不改变结构与电、气、0．1MPa的内压环境，同时还要满足再人大气层的液路和仪器设备的安装接口、无需重新投产原有大气