专利名称：卫星载荷试验用零变形构架装置的制作方法
卫星载荷试验用零变形构架装置
技术 领域本发明涉及卫星有效载荷的地面试验装置，尤其是卫星各种有效载荷及太阳电池 阵等展开机构在地面真空条件下、高低温试验时的构架装置。
背景技术：
为确保精度要求，使得每次发射成功，卫星和航天器上的一些展开机构及有效载 荷(如各种天线和太阳电池阵)在天上能顺利展开，首先要经历在地面环境下进行多次的 展开考核试验。为了保证其真实性，需要有一种与其相适应的模拟试验装置，即在地面的真 空条件下、高低温试验中，该模拟试验装置必须具有极小的变形或达到零变形要求。目前试验装置常规材料(如铁、钢、铝、镁等材料)均具有较大的线膨胀系数，很有 可能由于试验装置的原因而影响产品展开试验结果；为此，需要有一种线膨胀系数很小或 几乎接近于零的材料来制造该试验构架装置。由于碳纤维材料具有线膨胀系数小的特点以及它的可设计性，即通过对碳纤维方 形管的铺层设计和缠绕角度的改变，以及根据有效载荷需要的压紧点、展开支撑点、锁紧点 等要求，设计和研制卫星试验用零变形构架装置。但是，目前国内外文献对这种卫星试验用 零变形构架装置的报道很少，尤其在地面真空条件下、高低温环境下的零变形构架装置报 道更少。目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
为了解决现有技术的试验装置膨胀系数较大，影响产品试验结果等问题，本发明 的目的在于提供一种卫星载荷试验用零变形构架装置。利用本发明，不但具有足够的结构 强度和刚度来适应卫星及有效载荷连接安装的需要，以及零变形的要求，而且通过结构优 化设计，结构简单、重量轻、安装方便、扩展性好、适应性强、制造成本低。为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种 卫星载荷试验用零变形构架装置，该装置包括由长短不同、截面相同的长碳纤维方形管与内接镶嵌式连接角片组成外形呈薄型 箱形结构的组合装置；组合装置两侧窄边的上、下两端的横向支架上设置有四个起吊用的 吊轴装置；组合装置前面的一侧边上设置有上下两个用作安装铰链展开机构的支座装置； 另一侧居中位置具有一个突出的碳纤维方形管，设置有安装有效载荷解锁释放装置的支 座；同时，在该突出的碳纤维方形管的中间设置有一个安装支撑锁定机构的支座；在组合 装置前面中间的一根纵向碳纤维方形管上设置有三个、另一根纵向碳纤维方形管上设置有 四个与卫星结构、天线阵面相连接的平台装置；在组合装置前面的底部设置有二根支腿装 置，通过连接角撑固定在组合装置前面底部；组合装置的底部两端通过连接角撑固定有二 块底板，底板上固定有二根起吊杆。本发明卫星载荷试验用零变形构架装置，由于采用了线膨胀系数极小的碳纤维材 料，根据有效载荷需要的压紧点、展开支撑点、锁紧点等要求，组成具有足够的结构强度和刚度的构架装置，从而解决了卫星地面真空条件下、高低温试验时产生构架装置的变形问题。经有关的考核试验，本发明的构架装置达到预期的目的和零变形效果。取得了结构简 单、重量轻、安装方便、扩展性好、适应性强、制造成本低等有益效果。
图1 本发明卫星载荷试验用零变形构架装置的结构示意图；图2 碳纤维方形管组合装置示意图；图3:吊轴装置示意图；图4:支座装置示意图；图5 解锁装置的支座示意图；图6 锁定机构的支座示意图；图7:平台装置示意图；图8:支腿装置示意图；图9:起吊杆示意图；图10 连接角撑示意图；图11 底板示意图；图12 碳纤维方形管组合装置内部连接示意图；图13 :内接镶嵌式连接角片示意图；图14 碳纤维方形管示意图。
具体实施例方式下面结合
本发明的优选实施例，该实施例主要用于星载展开机构的试 验。图1为本发明卫星载荷试验用零变形构架装置的结构示意图；该装置包括由长 短不同、截面相同的碳纤维方形管与内接镶嵌式连接角片组成外形呈薄型箱形结构的组合 装置1 ；组合装置1两侧窄边的上、下两端的横向支架上设置有四个起吊用的吊轴装置2 ； 组合装置1前面的一侧边上设置有上下两个用作安装铰链展开机构的支座装置3 ；另一侧 居中位置具有一个突出的碳纤维方形管，设置有安装有效载荷解锁释放装置的支座4 ；同 时，在该突出的碳纤维方形管的中间设置有一个安装支撑锁定机构的支座5 ；在组合装置1 前面中间的一根纵向碳纤维方形管上设置有三个、另一根纵向碳纤维方形管上设置有四个 与卫星结构、天线阵面相连接的平台装置6 ；在组合装置1前面的底部设置有二根起固定调 节水平作用的支腿装置7，通过连接角撑9固定在组合装置1前面底部；组合装置1的底部 两端通过连接角撑9固定有二块用作支座的底板10，底板10上固定有二根用作翻身作用的 起吊杆8。图2为碳纤维方形管组合装置1示意图，它是该装置中最重要和关键的结构，并 且具有与其它结构件的连接接口和对外接口，它是由长短不同截面相同的碳纤维方形管12 与内接镶嵌式连接角片11所组成；其外形尺寸为1802mmX3480mmX450mm ；外形呈薄型的箱 形结构；共有长碳纤维方管8根(每根长为3480mm)，中长的有4根(每根长为1610mm)，中 短的有8根(每根长为800mm)，短的有16根(每根长为260mm)，超短的有32根(每根长约为150mm)，共计68根；内接镶嵌式连接角片11分别与纵、横的碳纤维方形管12之间采 用涂胶和铆钉连接，所用的胶接剂为常温J_133(黑龙江省石化研究院生产)，铆钉为铝制
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广 PFt ο图 3为吊轴装置2示意图，主要是起吊之用，上下共有4个，采用铝合金材料机加 工而成，用螺栓等紧固件与碳纤维方形管组合装置相连接。铝合金材料的密度为2. 75g/ cm3，牌号为 2A14T6，标准为 GB/T3191-98。图4为支座装置3示意图，它是安装铰链展开机构之用，上下共有2个，采用铝合 金材料机加工而成，用螺栓等紧固件与碳纤维方形管组合装置1相连接。铝合金材料的密 度为 2. 75g/cm3，牌号为 2A14T6，标准为 GB/T3191-98。图5为解锁装置的支座4示意图，主要是安装有效载荷的解锁释放装置之用，采用 铝合金材料机加工而成，用螺栓等紧固件与碳纤维方形管组合装置1相连接。铝合金材料 的密度为2. 75g/cm3，牌号为2A14T6，标准为GB/T3191-98。图6为锁定机构的支座5示意图，主要是安装有效载荷的锁定机构之用，采用铝合 金材料机加工而成，用螺栓等紧固件与碳纤维方形管组合装置1相连接。铝合金材料的密 度为 2. 75g/cm3，牌号为 2A14T6，标准为 GB/T3191-98。图7为平台装置6示意图，主要是安装有效载荷天线等压紧点的地方，共有7个， 具有一定的精度要求，用螺栓等紧固件与碳纤维方形管组合装置1相连接装配后，即7个 对外的安装面要保证在同一个平面内；采用铝合金材料机加工而成，铝合金材料的密度为 2. 75g/cm3，牌号为 2A14T6，标准为 GB/T3191-98。图8为支腿装置7示意图，它主要的作用就是起固定和调节水平作用，共有2个， 采用45号钢加工而成，用螺栓等紧固件与底板10相连接。图9为起吊杆8示意图，它主要用作翻身和起吊之用，共有2个，采用45号钢加工 而成，用螺栓等紧固件与底板10相连接。图10为连接角撑9示意图，它主要起固定和连接作用，共有8个，它们分别用螺栓 等紧固件与底板10及碳纤维方形管组合装置1相连接，所用材料为密度为2. 75g/cm3，牌号 为2A14T6，标准为GB/T3191-98的铝合金材料。图11为底板10示意图，主要用作支座之用，共有2块，分别与连接角撑9、起吊杆 8、支腿装置7、碳纤维方形管组合装置1通过螺栓等紧固件进行连接，所用材料为45号钢加 工而成。图12为内接镶嵌式连接角片11与碳纤维方形管12局部剖开后，表示内部连接示 意图，主要是反映碳纤维方形管组合装置1内部结构的连接，内接镶嵌式连接角片11，分别 与纵、横的碳纤维方形管12之间采用涂胶和铆钉连接，所用的常温胶接剂为J-133 (黑龙江 省石化研究院生产)，铆钉为铝制产品。图13为内接镶嵌式连接角片11示意图，它为机加工而成，所用材料为密度为 2. 75g/cm3，牌号为2A14T6，标准为GB/T3191-98的铝合金材料。图14为碳纤维方形管12示意图，它是一种典型的碳纤维方形管，具有长短不同， 截面尺寸相同的特点，共有68根，碳纤维方形管截面为IOOmmx 100mmX4mm，采用M40J碳纤维 材料(日本生产)和基材为环氧增强材料TDE-85(天津津东化工厂生产)，为了达到极小变 形和负变形效果，经过计算后采用了里外两层各为士45°，其余为0°和90°混合缠绕与分层铺设而成。在需要连接的地方均内置了紧固件连接预埋件，确保对外各种接口的连接 强度和精度要求。为保证卫星试验用零变形构架装置的装配精度，制造了专门的装配工装，并进行 预装配，碳纤维方形管12分别与内接镶嵌式连接角片11进行连接(参见图12)，预装配合 格后进行正式装配，即在碳纤维方形管12的端部内表面和内接镶嵌式连接角片11外表面 分别涂上常温胶接剂J-133 (黑龙江省石化研究院生产)进行胶接连接，等待固化后再用铝 制抽芯铆钉进行铆接连接，铆钉的位置与数量由现场视结构相对位置而定，确保连接具有 足够的强度和刚度。 本发明卫星试验用零变形构架装置的设计方案通过计算机辅助设计和利用Pro/ E造型软件进行结构模装，以及采用专门制造的工装，按照卫星试验用零变形构架装置的精 度要求进行了装配，制造了 1802mmX3480mmX450mm外形呈薄型的箱形结构，7个平台装置6 组成的安装面平面度为0. 5mm，该构架装置具有如下的特点1.整体外形造型美观大方，表面平整光滑，连接接口牢固可靠。2.具有足够的结构强度和刚度，可以提供多种载荷的环境试验。3.在地面真空条件下、高低温试验下具有零变形的结构特性。4.具有结构简单、重量轻、操作方便、扩展性好、适应性强、制造成本低等有益效^ ο
权利要求
1.一种卫星载荷试验用零变形构架装置，其特征在于，该装置包括由长短不同、截面相同的长碳纤维方形管[12]与内接镶嵌式连接角片[11]组成外形 呈薄型箱形结构的组合装置[1]；组合装置[1]两侧窄边的上、下两端的横向支架上设置有 四个起吊用的吊轴装置[2]；组合装置[1]前面的一侧边上设置有上下两个用作安装铰链 展开机构的支座装置[3]；另一侧居中位置具有一个突出的碳纤维方形管，设置有安装有 效载荷解锁释放装置的支座W]；同时，在该突出的碳纤维方形管的中间设置有一个安装 支撑锁定机构的支座[5]；在组合装置[1]前面中间的一根纵向碳纤维方形管上设置有三 个与卫星结构、天线阵面相连接的平台装置W]，另一根纵向碳纤维方形管上设置有四个与 卫星结构、天线阵面相连接的平台装置W]；在组合装置[1]前面的底部设置有二根支腿装 置[7]，通过连接角撑[9]固定在组合装置[1]前面底部；组合装置[1]的底部两端通过连 接角撑[9]固定有二块底板[10]，底板[10]上固定有二根起吊杆[8]。
2.如权利要求1所述的构架装置，其特征在于所述的组合装置[1]，共有长碳纤维 方形管8根，每根长为3480mm ；中长的有4根，每根长为1610mm ；中短的有8根，每根长为 800mm ；短的有16根，每根长为260mm ；超短的有32根，每根长约为150mm ；共计68根；内接 镶嵌式连接角片[11]分别与纵、横的碳纤维方形管[12]之间采用涂胶和铆钉连接，所用的 胶接剂为常温J-133。
3.如权利要求1或2所述的构架装置，其特征在于所述的碳纤维方形管截面为 100mmxl00mmx4mm,采用M40J碳纤维材料和基材为环氧增强材料TDE-85，里外两层各为 士45°，其余为0°和90°混合缠绕与分层铺设而成。
4.如权利要求1所述的构架装置，其特征在于所述的平台装置W]，用螺栓与碳纤维 方形管组合装置[1]相连接装配后，其7个对外的安装面在同一个平面内。
5.如权利要求1所述的构架装置，其特征在于所述的吊轴装置[2]、支座装置[3]、解 锁装置的支座[4]、锁定机构的支座[5]、平台装置[6]、连接角撑[9]、内接镶嵌式连接角片 [11]采用铝合金材料机加工而成。
6.如权利要求1所述的构架装置，其特征在于所述的支腿装置[7]、吊杆[8]、底板 [10]采用45号钢加工而成。
全文摘要
本发明涉及卫星有效载荷的地面试验装置，公开了一种卫星载荷试验用零变形构架装置；包括组合装置[1]，其两侧设置有四个吊轴装置[2]；其前面和两侧分别设置有安装铰链展开机构的支座装置[3]、有效载荷解锁释放装置的支座[4]、支撑锁定机构的支座[5]；在组合装置[1]前面中间设置有与卫星结构、天线阵面相连接的平台装置[6]；底部设置有二根支腿装置[7]和底板[10]，底板[10]上固定有二根起吊杆[8]。本发明解决了现有技术的试验装置膨胀系数较大，影响产品试验结果等问题，取得了结构简单、重量轻、安装方便、扩展性好、适应性强、制造成本低等有益效果。
文档编号B64G7/00GK102092486SQ20091020032
公开日2011年6月15日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年12月11日
发明者宋东平, 张建刚, 顾志悦 申请人:上海卫星工程研究所