携带大量推进剂、点式连接分离的小卫星平台结构的制作方法

1.本发明涉及航天器结构技术领域，具体地，涉及一种携带大量推进剂、点式连接分离的小卫星平台结构。


背景技术：

2.小卫星具有体积小、重量轻、研制与发射成本低、研制周期短、发射方式灵活等特点，在通信、导航、遥感和侦察等领域得到广泛应用。
3.一般来说，小卫星平台尺寸小，布局空间非常有限，星上的仪器设备多采用小型化设计。另外，小卫星既可以作为主星，选用小型运载火箭发射；也可以选用大型运载火箭，作为搭载星发射。
4.根据任务规划，某型小卫星要能够适应多款运载火箭，完成发射入轨；且要多次变轨，开展在轨试验，需要安装大容积贮箱携带大量推进剂。传统小卫星平台难以满足上述航天任务需求。针对这种情况，需要开发一种新颖的小卫星平台，特别是要开展平台构型布局和结构方案设计，来支撑卫星总体方案设计和任务实施。
5.经现有技术检索，中国发明专利号为cn201810623830.8，发明名称为一种适应搭载的梯形式小卫星结构，其特征在于,该小卫星结构整体采用梯形式的构型,由蜂窝夹层板、内埋框、蜂窝埋件组成。上。该微纳卫星特殊的梯形构型是专为搭载发射而设计，尺寸较小，通过点式方式直接安装在运载火箭支撑舱锥段，一般不作为运载火箭的主星。
6.中国发明专利号为cn20201392659.3，发明名称为适用于中高轨道的小卫星结构，由六块蜂窝板围成卫星本体。该卫星平台为小型箱板式结构，内部空间小，承载能力弱，仅适合安装小型遥感和通信载荷。
7.中国发明专利号为cn201210104669.6，发明名称为一种中心舱体桁架式卫星结构，包括中心舱体、卫星平台设备、有效载荷设备及桁架单元。该卫星平台但难以安装大型贮箱，携带的推进剂非常有限，采用该平台的航天器只适合开展近地圆轨道任务。
8.经现有技术专利文献检索发现，中国发明专利公开号为cn108791953a，公开了一种适应搭载的梯形式小卫星结构，属于航天器结构领域，结构内埋梁构成一相对连续的封闭构型，实现有效的力学支撑和力学传递。同时，内埋梁内敷设整星所需电路电缆，使得整星状态下，舱内电缆走线较少，整星内舱有效简洁。该特殊构型的小卫星本体结构具有适应运载能力强、内部空间大、质量轻、加工成本低等特点，是一种在搭载小卫星上有较强应用价值的结构形式。由蜂窝夹层板、内埋框、蜂窝埋件组成，可通过点式方式直接安装在运载火箭支撑舱锥段上。所述蜂窝夹层板采用铝蒙皮蜂窝夹层结构。因此，该文献与本发明所介绍的方法是属于不同的发明构思。


技术实现要素：

9.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种携带大量推进剂、点式连接分离的小卫星平台结构。
10.根据本发明提供的一种携带大量推进剂、点式连接分离的小卫星平台结构，包括框架、底板、下舱隔板、贮箱撑杆、中层板、上舱隔板、顶板以及侧板，所以侧板将平行排列的底板、中层板以及顶板围绕成一个封闭箱体，底板底部连接于框架上，贮箱对角布置于底板和中层板上的圆孔中，贮箱撑杆均匀分布于圆孔周边；
11.中层板将箱体隔离成上舱和下舱，上舱隔板连接于上舱中，上舱隔板上下两侧分别连接顶板和中层板，下舱隔板连接于下舱中，下舱隔板上下两侧分别连接中层板和底板。
12.一些实施例中，下舱隔板和上舱隔板呈十字型，下舱隔板将下舱分隔成四个舱室，上舱隔板将上舱分隔成四个舱室。
13.一些实施例中，底板和中层板上的圆孔分别呈对角分布。
14.一些实施例中，底板上圆孔的中心线与中层板上圆孔的中心线保持在同一垂直线上。
15.一些实施例中，圆孔分别与相对应的贮箱中的上下法兰连接。
16.一些实施例中，贮箱撑杆一端连接底板，贮箱撑杆另一端连接中层板；贮箱撑杆将推进剂载荷传递至框架，使框架的纵向刚度和承载能力提高。
17.一些实施例中，贮箱撑杆的数量大于等于4。
18.一些实施例中，框架的周边设有接头，接头通过爆炸螺栓实现四点连接分离。
19.一些实施例中，框架呈田字状，框架内设置有预埋件。
20.一些实施例中，还包括转接块，转接块连接于接头上。
21.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
22.1、本发明中底板、中层板和顶板将卫星分为上下两个舱段，每个舱段内设置三块呈“十”字型的隔板，将舱段分割成四个舱室；对角的两个舱室作为推进舱，用于安装两个大容积贮箱，满足小卫星平台携带大量推进剂的需求；
23.2、本发明中两个大容积贮箱球段下沉至运载火箭支承舱，可有效降低卫星质心；
24.3、本发明中每个贮箱周围设计四根撑杆，将推进剂载荷传递至框架，提高纵向刚度和承载能力，改善动力学环境，减小发射主动段振动响应；
25.4、本发明中由框架作为整星主承力构件，框架四角的金属接头提供与运载火箭连接的机械接口，通过爆炸螺栓实现四点连接分离；
26.5、本发明中框架四角的接头安装可拆卸转接块，可适应不同运载火箭机械接口，从而卫星可选用不同类型的运载火箭进行发射。
附图说明
27.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
28.图1为本发明内部结构示意图；
29.图2为本发明整体结构示意图；
30.图3为本发明框架结构示意图；
31.图4为本发明框架与底板的连接示意图；
32.图5为本发明贮箱撑杆与圆孔连接关系图；
33.图6为本发明下舱结构示意图；
34.图7为本发明上舱结构示意图；
35.图8为本发明转接块的结构示意图；
36.图9为本发明卫星平台与运载火箭机械接口无转接块的框体示意图；
37.图10为本发明卫星平台与运载火箭机械接口有转接块的框体示意图；
38.图11为本发明两个100l贮箱安装示意。
39.图中标号：
40.1-框架，2-底板，3-下舱隔板，4-贮箱撑杆，5-中层板，6-上舱隔板，7-顶板，8-侧板，9-转接块。
具体实施方式
41.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
42.实施例
43.本发明提供的一种携带大量推进剂、点式连接分离的小卫星平台结构，如图1所示，包括框架1、底板2、下舱隔板3、贮箱撑杆4、中层板5、上舱隔板6、顶板7、侧板8以及转接块9，底板2底部连接于框架1上，底板2、中层板5以及顶板7平行排列，侧板8将底板2、顶板7围绕成一个封闭箱体，中层板5将箱体隔离成上舱和下舱，上舱中设有上舱隔板6，上舱隔板6分别连接中层板5和顶板7，下舱中设有下舱隔板3，下舱隔板3分别连接底板2和中层板5。优选的，下舱隔板3和上舱隔板6由三块呈“十”字型的隔板，分割为四个舱室。转接块9固定于框架1四角上。如图2-图8所示，为整个平台结构装配过程，其中框架是整个结构装配的基准。结构件的装配顺序为“框架
→
底板
→
下舱隔板
→
贮箱撑杆
→
中层板
→
上舱隔板
→
顶板
→
侧板
→
转接块”。底板2和中层板5上分别设有圆孔，圆孔对角分布。底板2上的圆孔和中层板5上的圆孔一一对应连接。圆孔分别与相对应的贮箱中的上下法兰连接。四根贮箱撑杆4均匀分布在设有圆孔的贮箱周边。贮箱撑杆4一端连接底板2，贮箱撑杆4另一端连接中层板4；贮箱撑杆4将推进剂载荷传递至框架1，使框架1的纵向刚度和承载能力提高。框架1包括杆件、接头以及加强件，接头分布于杆件的周边，接头通过爆炸螺栓实现四点连接分离，加强件对角分布于框架1上、且与底板2的背面下法兰相连接，框架1呈田字状。接头和杆件内设置有预埋件，与底板2通过螺钉固定。
44.更为具体的，如图3所示，框架1作为卫星平台的主承力结构，由接头、杆件和加强件胶接成型。杆件采用t700碳纤维材料缠绕成型，框架1中四个角点处的接头采用2a14t6铝合金机加工而成，其它接头采用t700碳纤维模压而成。加强件共两组，每组六个，采用t700碳纤维材料模压而成，分布在φ418mm圆周上，位于底板2反面贮箱下法兰位置以提高贮箱支撑刚度。
45.结构板系包括底板1、中层板5、顶板7、侧板8、下舱隔板3和上舱隔板6等，结构板均采用铝蜂窝夹层板结构形式，面板材料选用铝合金2a12t4，厚度0.3mm，铝蜂窝材料5a02h，规格为5
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0.03，夹层板中通用埋件材料均为镁合金zk61mt5。
46.转接块9采用2a14t6铝合金机加工而成，与框架1四角的接头通过螺钉连接，便于
安装和拆卸。框架1不安装转接块9时，提供与运载火箭的机械接口如图9；框架1安装上转接块后，提供与运载火箭的机械接口如图10。
47.如图11所示，卫星配置2个100l表面张力贮箱，对称安装在ⅰ/ⅳ象限和ⅱ/ⅲ象限。在每个贮箱四周设置四根支撑杆，将推进剂载荷传递至框架，提高纵向刚度和承载能力，改善动力学环境，减小发射主动段振动响应。支撑杆由杆件和接头胶接而成，杆件为t700碳纤维材料，接头采用2a14t6铝合金机加工而成。
48.通常将500-1000kg的卫星称为小卫星，100-500kg的称为微小卫星，10-100kg称为显微卫星，小于10kg的称为纳卫星。根据推进剂质量与整星质量的占比，小卫星一般不会超过10％，而本文所述的小卫星推进剂占比已达30％。一般的小卫星平台尺寸体积小，无法适应大型推进剂贮箱。
49.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
50.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。