一种偏心航天器推进舱零配平布局设计方法与流程

技术领域

本发明涉及航天器布局设计方法，具体涉及一种偏心航天器推进舱零配平布局设计方法。

背景技术：

随着人类太空事业的不断发展，航天器的构型趋于复杂，两舱构型、三舱构型、甚至多舱构型航天器越来越多。组成航天器的各个舱段由于功能特点不同、配置不同，其质量特性也各不相同。伴随航天器的复杂程度加深，航天器的设计成本、建造成本、发射成本、运营成本不断提高。提高航天器的设计效率是降低航天器各项成本的重要手段，是对航天工程师的重要要求。零配平布局设计是航天器高效率布局设计的重要特征。

航天器动力控制系统的执行机构配置基本都是对称的，对航天器组合体的质量特性要求也因此基本都是质心位于推力轴线上，即中轴线上。在组成航天器的各个舱段中，存在不同的优先级。高优先级的舱段设计对低优先级的舱段设计则是约束。当高优先级舱段的质心为偏心时，低优先级舱段的质心位置为反向偏心则成为重要约束。

航天器的质心位置要求是重要的布局设计指标。零配平布局设计是高效率布局设计的重要特征。对于重量指标要求苛刻的航天器，零配平布局设计尤其显得重要。目前的航天器中，不少采用了配平方式实现了质心位置要求，这不仅导致设计效率低，而且提高了发射成本，是对航天资源的浪费。目前航天器大多由多个舱段组成，舱段的偏心要求已变得常见。

技术实现要素：

本发明的目的在于实现高效率布局设计，解决现有配平方式不足，提出了一种偏心航天器推进舱零配平布局设计方法。

为了达到上述的目的，本发明提供一种偏心航天器推进舱零配平布局设计方法，包括以下设计步骤：

步骤1，明确布局要求；

步骤2，动力系统设备对称布局；

步骤3，太阳翼偏心布局；

步骤4，天线、敏感器及其他舱外设备偏心布局及之后的迭代布局；

步骤5，舱内设备偏心布局及之后的迭代布局；

步骤6，管路偏心布局及之后的迭代布局；

步骤7，电缆偏心布局及之后的迭代布局。

具体设计方法如下：

a)步骤1，明确布局要求：

需要明确飞行任务要求、轨道和飞行程序要求、总体指标要求、设备配套、接口数据单、功能要求、总体数据管理设计原则、热控总体设计原则。

飞行任务要求、轨道和飞行程序要求，明确了航天器整体使用要求，包括不同任务阶段的空间位置特点、姿态和功能要求，是布局设计首要和关键要求。

总体指标要求，明确了航天器的包络、重量、质心位置等要求，是布局设计所要实现的航天器性能要求；

设备配套、接口数据单、功能要求，明确了布局对象的配套、性能和功能特点，是布局具体设计对象；

总体数据管理设计原则，明确了布局设计所要遵从的总体信息管理系统要求。

热控总体设计原则，明确了布局设计所要遵从的总体热环境管理要求，需要根据不同部位温度特点以及设备热性能，使设备布局满足温度控制要求。

b)步骤2，动力系统设备对称布局：

动力系统设备主要有推力器、贮箱、气瓶等。推力轴线指向航天器整体质心，整体质心位于中轴线上。推力器、气瓶、贮箱等都采取对称布局。

c)步骤3，太阳翼偏心布局：

太阳翼通常是航天器上最大的机构产品，由于太阳翼上三角架的不对称结构，其展开状态质心特别是收拢状态质心是偏离安装面中心的。利用这一特性，将太阳翼三角架布局在推进舱偏心要求的方向，对于推进舱偏心的实现有较大作用。

d)步骤4，天线、敏感器及其他舱外设备偏心布局及之后的迭代布局：

根据动力系统设备和太阳翼布局情况、天线、敏感器及其他舱外设备布局要求，进行舱外设备偏心布局，尽可能往偏心要求方向布局。同时需要根据信号接收角、视场角等要求，进行与动力系统设备、太阳翼的迭代布局。

e)步骤5，舱内设备偏心布局及之后的迭代布局：

根据布局要求以及就近布局、区域布局等原则，在舱外设备布局的基础上，将舱内设备偏心布局，布局时需要考虑并预估安装支架、电缆重量等重量因素对推进舱质心的影响。必要时进行迭代设计。

f)步骤6，管路偏心布局及之后的迭代布局：

管路系统布局时需要考虑对质心的影响，通过对阀门、传感器的布局位置设计、管路布局路径设计，可以有效调节质心。必要时进行迭代设计。

g)步骤7，电缆偏心布局及之后的迭代布局：

电缆布局时需要考虑对质心的影响，通过对过渡电连接器的布局位置设计、电缆布局路径设计，可以有效调节质心。必要时进行迭代设计。

发明带来以下有益效益：

本发明提供了一种偏心航天器推进舱零配平布局设计方法。通过多次布局迭代设计，合理运用单机设备自身的质量分布特性，充分利用分系统功能要求，有效调动管路布局、电缆布局等一切可以调节质心的因素，以实现推进舱零配平的目标。

附图说明

本发明的一种偏心航天器推进舱零配平布局设计方法由以下的实施例及附图给出。

图1是一种偏心航天器推进舱零配平布局设计流程图。

图2是一种航天器推进舱动力系统设备对称布局图。

图3是一种航天器推进舱太阳翼收拢状态图。

图4是一种航天器推进舱舱外设备布局图。

图5是一种航天器推进舱舱内设备布局重量分布图。

图6是一种航天器推进舱管路布局图。

图7是一种航天器推进舱电缆布局图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明实施例的一种偏心航天器推进舱零配平布局设计方法作进一步的详细描述。

参见图1。本发明提供一种偏心航天器推进舱零配平布局设计方法，包括以下步骤：

a)步骤1，明确布局要求

明确飞行任务要求、轨道和飞行程序要求、总体指标要求、设备配套、接口数据单、功能要求、总体数据管理设计原则、热控总体设计原则等。航天器名义质心要求和推进舱名义质心要求是零配平布局设计目标点。其中推进舱名义质心偏向I象限20mm为偏心设计要求。

b)步骤2，动力系统设备对称布局

参见图2。本发明首先将动力系统贮箱1、气瓶2、推力器3关于航天器名义质心要求点对称布局。随着推进舱布局的不断完善，航天器设计质心位置逐渐明确，需根据设计质心位置迭代进行推力器3布局设计，将推力器3关于航天器设计质心对称布局。

c)步骤3，太阳翼4偏心布局

参见图3。太阳翼4主结构为基板4A和三脚架4B。基板4A一般是对称结构的长方体，三脚架4B一般是偏向一侧，这导致太阳翼4的质心偏离安装面。

参见图4。利用太阳翼4质心偏离安装面的特性，将两个太阳翼4按照三角架4B朝向I象限的方式进行布局。由于太阳翼4一般重量较重，其对质心调节作用较为显著。

d)步骤4，天线5、敏感器6及其他舱外设备7偏心布局及之后的迭代布局

参见图4。将天线5、敏感器6及其他舱外设备7布局尽量朝向I象限方向。

e)步骤5，舱内设备偏心布局及之后的迭代布局

参见图5。根据布局要求以及就近布局、区域布局等原则，在舱外设备布局的基础上，将舱内设备偏心布局，布局时考虑并预估安装支架、电缆重量等重量因素对推进舱质心的影响。经过多次迭代设计，图5是舱内设备布局重量分布图。舱内设备对推进舱质心的贡献较大。

f)步骤6，管路偏心布局及之后的迭代布局

参见图6。通过对阀门、传感器的布局位置设计、管路布局路径设计，管路系统布局呈现局部偏向IV象限。

g)步骤7，电缆偏心布局及之后的迭代布局

参见图7。通过对过渡电连接器8的布局位置设计、电缆布局路径设计，有效调节了舱体质心，使舱体质心向I象限方向和II象限方向偏移，不仅消除了管路系统的偏心影响，而且进一步实现了舱体偏心要求。

本发明采用本发明的一种偏心航天器推进舱零配平布局设计方法，通过多次布局迭代设计，合理运用单机设备自身的质量分布特性，充分利用分系统功能要求，有效调动管路布局、电缆布局等一切可以调节质心的因素，实现了推进舱零配平的目标。