一种大型天线与平台一体化的卫星结构的制作方法

1.本发明涉及航天器结构技术领域，具体涉及一种大型天线与平台一体化的卫星结构。


背景技术：

2.星载大型环形天线收拢状态的横向、纵向尺寸大、其纵向尺寸一般与卫星平台相当，甚至超出卫星本体尺寸，随着天线口径的增大，其安装接口设计与力学响应控制难度越来越大。
3.针对大型环形天线，为了提高卫星结构承载效率，有必要将天线传力路径与卫星平台结构的主传力路径统一设计，兼顾天线安装、承载、展开路径和响应控制等问题，为天线提供良好的发射段力学环境。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种大型天线与平台一体化的卫星结构，该卫星结构采用上中下分布式支撑的槽型接口形式，将卫星平台与天线传力路径统一设计，有效提高了结构效率，降低了环形天线的动力学响应。
5.本发明采用以下具体技术方案：
6.一种大型天线与平台一体化的卫星结构，该卫星结构包括卫星平台与大型天线；
7.所述卫星平台采用模块化结构，包括沿竖直方向从下到上固定连接的推进舱、载荷舱以及上舱；
8.在所述推进舱、所述载荷舱以及所述上舱的一侧形成有沿竖直方向贯通的纵向安装槽，并且所述推进舱、所述载荷舱和所述上舱均设置有用于安装大型天线抱环的安装接口；
9.所述大型天线固定安装于所述天线安装槽。
10.更进一步地，所述推进舱包括承力筒和围绕于所述承力筒底端的底舱；
11.所述底舱包括底舱顶板、底舱底板、两个底舱隔板以及与所述底舱隔板一一对应的底舱侧板；所述底舱顶板、所述底舱底板、以及所述底舱隔板均与所述承力筒固定连接；所述底舱侧板和所述底舱隔板均固定连接于所述底舱顶板和所述底舱底板之间；两个所述底舱隔板相对设置；所述底舱侧板固定连接于对应的所述底舱隔板背离所述承力筒的一端；
12.所述载荷舱套接于所述承力筒的外侧，包括载荷舱顶板、两个载荷舱隔板以及与所述载荷舱隔板一一对应的载荷舱侧板；所述载荷舱顶板固定连接于所述承力筒的顶端；两个所述载荷舱隔板和所述载荷舱侧板均固定连接于所述载荷舱顶板与所述底舱顶板之间；两个所述载荷舱隔板相对设置，且固定连接于所述承力筒和对应的载荷舱侧板之间；
13.所述上舱包括上舱顶板、上舱中板、两个相对设置的上舱隔板以及多个上舱侧板；所述上舱顶板、所述上舱中板以及所述载荷舱顶板之间均平行设置，所述上舱中板位于所
述上舱顶板与所述载荷舱顶板之间；在所述载荷舱顶板与所述上舱中板和所述上舱顶板之间固定连接有多个所述上舱侧板；所述上舱隔板固定连接于所述载荷舱顶板与所述上舱中板之间，所述上舱隔板的两侧均与所述上舱侧板固定连接；
14.所述底舱顶板、所述底舱底板、所述载荷舱顶板、以及所述上舱中板均设置有用于安装所述大型天线的弧形开口；
15.所述天线安装槽由所述底舱顶板、所述底舱底板、两个所述底舱隔板、所述承力筒、所述载荷舱顶板、两个所述载荷舱隔板、所述上舱中板、以及两个所述上舱隔板围绕形成。
16.更进一步地，其中一个上舱隔板与对应的上舱侧板之间连接有四个上舱连接角盒，并在上舱侧板和上舱连接角盒上设置有用于安装大型天线上抱环的安装接口；
17.在两个所述载荷舱隔板之间的所述承力筒外侧壁固定连接有中抱环安装上支座和中抱环安装下支座；所述载荷舱侧板、所述中抱环安装上支座以及所述中抱环安装下支座设置有用于安装大型天线中抱环的安装接口；
18.在两个所述底舱隔板之间的的所述承力筒外侧壁固定连接有下抱环支座；所述底舱侧板和所述下抱环支座设置有用于安装大型天线下抱环的安装接口。
19.更进一步地，在所述底舱侧板与所述底舱隔板之间、所述底舱隔板与所述底舱底板之间、所述底舱侧板与所述底舱底板之间均安装有用于提高安装接口的安装刚度的加强角盒；
20.在每个所述载荷舱隔板与所述承力筒之间均连接有水平上三角支座和水平下三角支座；
21.其中一个水平上三角支座与所述中抱环安装上支座固定连接，其中一个水平下三角支座与所述中抱环安装下支座固定连接；
22.在每个安装接口的承载区域均采用外贴碳纤维面板和加密蜂窝芯进行加强。
23.更进一步地，所述推进舱隔板、所述载荷舱隔板以及所述上舱隔板均采用碳纤维蒙皮夹层结构板；
24.所述推进舱隔板和所述载荷舱隔板均通过角条与所述承力筒连接；
25.所述上舱隔板通过角条与所述载荷舱顶板连接。
26.有益效果：
27.1、本发明的卫星结构在构成卫星平台的推进舱、载荷舱以及上舱的一侧形成有沿竖直方向贯通的纵向安装槽，并在推进舱、载荷舱和上舱均设置有用于安装大型天线抱环的安装接口；大型天线固定安装于天线安装槽；因此，采用上述结构为大型天线提供的纵向安装空间大幅提高，保证了在构形尺寸、卫星结构重量指标的约束条件下，可以满足大型天线的安装和载荷传递需求，并为其提供良好的动力学环境；采用上中下分布式支撑的槽型接口形式，将卫星平台与天线传力路径统一设计，有效提高了结构效率，降低了环形天线的动力学响应。
28.2、本发明的卫星结构在底舱顶板、底舱底板、载荷舱顶板、以及上舱中板均设置有用于安装大型天线的弧形开口，为大型环形天线安装提供贯通的纵向空间，同时也提高了大型环形天线的横向安装刚度。
29.3、本发明的卫星结构在底舱侧板与底舱隔板之间、底舱隔板与底舱底板之间、底
舱侧板与底舱底板之间均安装有加强角盒，通过加强角盒能够有效提高大型环形天线的安装刚度，解决了大开口对安装刚度的削弱影响以及展开电机悬臂安装带来的刚度不足问题；在每个载荷舱隔板与承力筒之间均连接有水平上三角支座和水平下三角支座，水平上三角支座与中抱环安装上支座固定连接，水平下三角支座与中抱环安装下支座固定连接，因此，通过水平上三角支座和水平下三角支座提高了大型环形天线中抱环的安装刚度。
附图说明
30.图1为本发明卫星结构中卫星平台的结构示意图；
31.图2为图1中推进舱的结构示意图；
32.图3为图1中载荷舱的结构示意图；
33.图4为图1中上舱的结构示意图。
34.其中，1-底舱+y隔板，2-底舱-y隔板，3-载荷舱+y隔板，4-载荷舱-y隔板，5-上舱+y隔板，6-上舱-y隔板，7-底舱底板，8-底舱顶板，9-载荷舱顶板，10-上舱中板，11-上舱第一侧板，13-上舱第二侧板，15-上舱第三侧板，16-上舱第四侧板，17-上舱外隔板，18-上舱顶板，19-上舱连接角盒一，20-上舱连接角盒二，21-上舱连接角盒三，22-上舱连接角盒四，23-载荷舱-y侧板，24-载荷舱+y侧板，25-中抱环安装上支座，26-中抱环安装下支座，27
‑‑
y侧水平上三角支座，28
‑‑
y侧水平下三角支座，29-承力筒，30-+y侧水平上三角支座，31+y侧水平下三角支座，32-底舱-y侧板，33-底舱+y侧板，34-下抱环支座，35-加强角盒一，36-加强角盒二，37-加强角盒三。
具体实施方式
35.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
36.本发明实施例提供了一种大型天线与平台一体化的卫星结构，该卫星结构包括卫星平台与大型天线；如图1、图2、图3和图4结构所示，卫星平台采用模块化结构，包括沿竖直方向从下到上固定连接的推进舱、载荷舱以及上舱；在推进舱、载荷舱以及上舱的一侧形成有沿竖直方向贯通的纵向安装槽，并且推进舱、载荷舱和上舱均设置有用于安装大型天线抱环的安装接口；大型天线固定安装于天线安装槽。在本实施例中，大型天线以大型环形天线为例进行说明。
37.上述卫星结构在构成卫星平台的推进舱、载荷舱以及上舱的一侧形成有沿竖直方向贯通的纵向安装槽，并在推进舱、载荷舱和上舱均设置有用于安装大型天线抱环的安装接口；大型天线固定安装于天线安装槽；因此，采用上述结构为大型天线提供的纵向安装空间大幅提高，保证了在构形尺寸、卫星结构重量指标的约束条件下，可以满足大型天线的安装和载荷传递需求，并为其提供良好的动力学环境；采用上中下分布式支撑的槽型接口形式，将卫星平台与天线传力路径统一设计，有效提高了结构效率，降低了环形天线的动力学响应。
38.一种具体的实施方式中，如图1所示，推进舱包括承力筒29和围绕于承力筒29底端的底舱；承力筒29为圆形结构，底舱位于承力筒29的底端；
39.底舱包括底舱顶板8、底舱底板7、两个底舱隔板以及与底舱隔板一一对应的底舱侧板；底舱顶板8、底舱底板7、以及底舱隔板均与承力筒29固定连接；底舱侧板和底舱隔板
均固定连接于底舱顶板8和底舱底板7之间；两个底舱隔板相对设置；底舱侧板固定连接于对应的底舱隔板背离承力筒29的一端；如图1和图2所示，参考图1中的坐标系，两个底舱隔板分别为底舱+y隔板1和底舱-y隔板2，底舱+y隔板1位于底舱的+y侧，底舱-y隔板2位于底舱的-y侧；底舱侧板分别为与底舱-y隔板2对应连接的底舱-y侧板32和与底舱+y隔板1对应连接的底舱+y侧板33；底舱+y隔板1的内端固定连接于承力筒29，外端固定连接于底舱+y侧板33，底端与底舱底板7固定连接，顶端与底舱顶板8固定连接；底舱-y隔板2的内端固定连接于承力筒29，外端固定连接于底舱-y侧板32，底端与底舱底板7固定连接，顶端与底舱顶板8固定连接；承力筒29、底舱+y隔板1、底舱-y隔板2、底舱顶板8和底舱底板7之间形成天线安装槽的底部部分；
40.如图1和图3所示，载荷舱套接于承力筒29的外侧，包括载荷舱顶板9、两个载荷舱隔板以及与载荷舱隔板一一对应的载荷舱侧板；载荷舱顶板9固定连接于承力筒29的顶端；两个载荷舱隔板和载荷舱侧板均固定连接于载荷舱顶板9与底舱顶板8之间；两个载荷舱隔板相对设置，且固定连接于承力筒29和对应的载荷舱侧板之间；两个载荷舱隔板分别为载荷舱+y隔板3和载荷舱-y隔板4，载荷舱+y隔板3位于载荷舱的+y侧，载荷舱-y隔板4位于载荷舱的-y侧；载荷舱侧板包括载荷舱-y侧板23和载荷舱+y侧板24；载荷舱+y隔板3的内端与承力筒29固定连接，外端与载荷舱+y侧板24的一端固定连接，顶端与载荷舱顶板9固定连接，底端与底舱顶板8固定连接；载荷舱-y隔板4的内端与承力筒29固定连接，外端与载荷舱-y侧板23的一端固定连接，顶端与载荷舱顶板9固定连接，底端与底舱顶板8固定连接；在载荷舱+y隔板3、载荷舱-y隔板4、承力筒29、底舱顶板8和载荷舱顶板9之间形成天线安装槽的中间部分；
41.如图1和图4所示，在载荷舱顶板9的+z侧设有上舱，上舱包括上舱顶板18、上舱中板10、两个相对设置的上舱隔板以及多个上舱侧板；上舱顶板18、上舱中板10以及载荷舱顶板9之间均平行设置，上舱中板10位于上舱顶板18与载荷舱顶板9之间；在载荷舱顶板9与上舱中板10和上舱顶板18之间固定连接有多个上舱侧板；上舱隔板固定连接于载荷舱顶板9与上舱中板10之间，上舱隔板的两侧均与上舱侧板固定连接；两个上舱隔板为上舱+y隔板5和上舱-y隔板6，上舱+y隔板5位于上舱的+y侧，上舱-y隔板6位于上舱的-y侧；上舱侧板包括上舱第一侧板11、上舱第二侧板13、上舱第三侧板15以及上舱第四侧板16；上舱第一侧板11固定连接于上舱-y隔板6与上舱第一侧板11之间；上舱第二侧板13固定连接于上舱+y隔板5和上舱-y隔板6之间；上舱第三侧板15与上舱+y隔板5固定连接；上舱+y隔板5、上舱-y隔板6、上舱中板10、以及上舱第二侧板13形成天线安装槽的顶部部分；在上舱-y隔板6的顶部还连接有上舱外隔板17，上舱外隔板17沿竖直方向固定连接于上舱中板10与上舱顶板18之间；
42.底舱顶板8、底舱底板7、载荷舱顶板9、以及上舱中板10均设置有用于安装大型天线的弧形开口；弧形开口与大型天线的外周面形状配合，弧形开口的半径不小于300mm；
43.天线安装槽由底舱顶板8、底舱底板7、两个底舱隔板、承力筒29、载荷舱顶板9、两个载荷舱隔板、上舱中板10、以及两个上舱隔板围绕形成。
44.需要说明的是，底舱、载荷舱和上舱除以上构成的各个板外，还包括用于构成舱体结构的其它侧板和隔板。
45.上述卫星结构中，用于形成天线安装槽的两个底舱隔板、两个载荷舱隔板和两个
上舱隔板均相对设置且位于承力筒的+y侧和-y侧，既保证了卫星主传力路径，又为大型环形天线提供了更多纵向空间；在底舱顶板8、底舱底板7、载荷舱顶板9、以及上舱中板10均设置有用于安装大型天线的弧形开口，为大型环形天线安装提供贯通的纵向空间，同时也提高了大型环形天线的横向安装刚度。
46.更进一步地，其中一个上舱隔板与对应的上舱侧板之间连接有四个上舱连接角盒，并在上舱侧板和上舱连接角盒上设置有用于安装大型天线上抱环的安装接口；如图1所示，上舱+y隔板5与上舱第三侧板15通过上舱连接角盒一19、上舱连接角盒二20、上舱连接角盒三21、上舱连接角盒四22连接；上舱第一侧板11、上舱第二侧板13以及上舱连接角盒一19上设置有安装接口，通过安装接口用于固定连接大型天线的上抱环；
47.如图1所示，在两个载荷舱隔板之间的承力筒29外侧壁固定连接有中抱环安装上支座25和中抱环安装下支座26；载荷舱侧板、中抱环安装上支座25以及中抱环安装下支座26设置有用于安装大型天线中抱环的安装接口，即，载荷舱-y侧板23、载荷舱+y侧板24、中抱环安装上支座25以及中抱环安装下支座26设置有安装接口，安装接口用于固定连接大型天线的中抱环；
48.在两个底舱隔板之间的承力筒29外侧壁固定连接有下抱环支座34；底舱侧板和下抱环支座34设置有用于安装大型天线下抱环的安装接口，即，底舱-y侧板32、底舱+y侧板33和下抱环支座34设置有安装接口，安装接口用于固定安装大型天线的下抱环。
49.通过设置于上中下不同位置的安装接口，能够对大型天线的上抱环、中抱环以及下抱环进行固定安装，方便实现大型天线的固定安装，同时还能从上中下各个位置对大型天线进行紧固。
50.具体地，如图1所示，在底舱侧板与底舱隔板之间、底舱隔板与底舱底板7之间、底舱侧板与底舱底板7之间均安装有用于提高安装接口的安装刚度的加强角盒；在底舱-y侧板32与底舱-y隔板2之间设计有加强角盒一35，在底舱-y隔板2与底舱底板7之间设计有加强角盒二36，以提高下抱环-y侧安装接口的安装刚度；底舱-y侧板32与底舱底板7之间设计有加强角盒三37，以提供大型天线展开电机安装接口的安装刚度。
51.在每个载荷舱隔板与承力筒29之间均连接有水平上三角支座和水平下三角支座；如图1所示，在承力筒29与载荷舱+y隔板3之间连接有一个+y侧水平上三角支座30和一个+y侧水平下三角支座31，在承力筒29与载荷舱-y隔板4之间连接有一个—-y侧水平上三角支座27和一个—-y侧水平下三角支座28；其中，+y侧水平上三角支座30与中抱环安装上支座25固定连接，+y侧水平下三角支座31与中抱环安装下支座26固定连接；
52.在安装大型天线的每个安装接口的承载区域均采用外贴碳纤维面板和加密蜂窝芯进行结构加强。
53.推进舱隔板、载荷舱隔板以及上舱隔板均采用碳纤维蒙皮夹层结构板；推进舱隔板和载荷舱隔板均通过角条与承力筒29连接；上舱隔板通过角条与载荷舱顶板9连接。
54.上述卫星结构在底舱侧板与底舱隔板之间、底舱隔板与底舱底板7之间、底舱侧板与底舱底板7之间均安装有加强角盒，通过加强角盒能够有效提高大型环形天线的安装刚度，解决了大开口对安装刚度的削弱影响以及展开电机悬臂安装带来的刚度不足问题；在每个载荷舱隔板与承力筒29之间均连接有水平上三角支座和水平下三角支座，水平上三角支座与中抱环安装上支座固定连接，水平下三角支座与中抱环安装下支座固定连接，因此，
通过水平上三角支座和水平下三角支座提高了大型环形天线中抱环的安装刚度。
55.对于上述卫星结构，采用patran/nastran有限元软件进行了发射工况下的结构强度分析，侧板、隔板采用壳单元(shell element)模拟，nastran的分析结果包含了各部件的应力、应变和安全裕度，通过结构重量的优化，在满足安全裕度规范要求的前提下，确定最终的设计参数，包括：隔板、侧板的厚度、面板铺层、加强片区域大小和厚度。
56.为了验证效果，制造了结构星，进行了鉴定级力学环境试验验证，试验结果表明：本发明描述的结构方案正确，参数选取合理，可以满足超大型环形天线承载需求。
57.在实际应用中，可以根据大型环形天线尺寸调整侧板、隔板等参数，在本发明中对此不做具体限定。
58.综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。