某航天器装载结构特征和力学特性研究

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1、某航天器装载结构特征和力学特性研究　　摘要：针对某新型航天器携带有效载荷的基本结构形式——装载结构，研究其结构构型对其力学性能的影响.建立该装载结构的有限元模型，量化分析其内部支撑形式、支点数和关键结构件截面性能等结构特征参数对其强度、基频和质量等结构力学特性与性能的影响.结果表明，内部支撑形式对装载结构动力学特性贡献明显；合理的内部支撑形式可以用较小的质量代价实现基频要求，并可以减少支点数量，方便在轨安装操作.关键词：航天器；装载结构；构型；内部支撑；有限元中图分类号：V414.1；TB115.1文献标志码

2、：BAnalysisonstructurefeaturesandmechanicscharacteristicsofspacecraftpayloadmoduleZHOUQiang，LIUGang，JINWeiwei，LAISongbai，YOUJin（BeijingSpaceTechnologyResearchandTestCenter，Beijing100094，China）Abstract：Astothepayloadmodulewhichisthebasicstructureofcarryingpay

3、loadinanew13spacecraft，theeffectofitsstructureconfigurationonitsmechanicsperformanceisstudied.Thefiniteelementmodelisbuiltforthepayloadmodule，andtheeffectofthestructurefeaturefactors（innersupportstructure，totalnumberofsupportpoints，sectionpropertiesofkeystr

4、ucturepartsandsoon）onthemechanicscharacteristicsandperformance，suchasstrength，fundamentalfrequency，massandsoon，isquantitativelyanalyzed.Theresultsshowthattheinnersupportstructuresmakeasignificantcontributiontothedynamicscharacteristicsofthepayloadmodule，and

5、aproperinnersupportstructurearchivesanacceptablemasstosatisfytherequirementoffundamentalfrequency，whichcanalsoreducethetotalnumberofsupportpointsandprovideeasierinstallationoperationinorbit.Keywords：spacecraft；payloadmodule；configuration；innerstructure；fini

6、teelement收稿日期：2013-06-14修回日期：2013-07-15作者简介：周强（1980—），男，辽宁大连人，工程师，博士，研究方向为航天器构型设计和力学分析，（E-mail）qzhou.dl@gmail.com130引言在某航天器设计中，发展一种新型装载结构作为装载有效载荷的基本结构形式.该装载结构满足各个舱段的通用化要求，可适应不同载荷要求，承载能力强，并可进行在轨翻转以利于在轨操作.因此，在保证装载结构刚度、强度的基础上，需要尽量减少与航天器结构本体连接点的数量，并将结构质量代价降至最低.

7、[1]为实现上述目的，需要在构型设计层面保证结构形式合理、传力路径简单，分析构型形式、支点数和关键结构件参数等对结构力学特性的影响，总结构型设计的关键因素.本文通过建立该结构有限元模型，通过数值分析方法得到上述参数与动力特性间的定量关系，分析不同构型方案和关键参数的影响，并借鉴国内外相似结构的构型设计理念[2-5]，确定该装载结构的构型方案和支撑点数目.1基本结构形式本文新型装载结构基本构型（构型I）见图1.框架结构为铝合金材料2A12制成，各层仪器板为夹层结构板，其中，中间板可以改动或移除，以适应载荷具体需

8、求.根据航天器本身结构特性，要求结构1阶频率高于40Hz.图1装载结构构型Fig.1Configurationofpayloadmodule13构型I的有限元模型见图2.框架以梁单元模拟，仪器板以壳单元模拟，支撑点处理为3平动自由度约束.图2构型I有限元模型Fig.2FiniteelementmodelofconfigurationI分析结果显示，该设计状态结构基频为18.4Hz.构型I结构1阶模态