一种3D打印小卫星星敏感器次结构的制作方法

本实用新型涉及一种3D打印小卫星星敏感器次结构，属于卫星结构设计技术领域。

背景技术：

卫星姿态控制系统的姿态控制必须通过姿态敏感器来完成，星敏感器作为姿态敏感器具有寿命长、精度高、稳定性好等优点。但现有技术中，星敏感器次结构刚度小、体积大、重量较重，影响卫星对有效载荷重量及空间的要求。因此，提供星敏感器安装型角的次结构非常重要。

技术实现要素：

本实用新型的技术解决问题：为克服现有技术的不足，提供一种3D打印小卫星星敏感器次结构，提高了次结构在火箭发射等严酷力学环境下的可靠性、安全性，为星敏感器在轨功能的实现提供良好保障。

本实用新型的技术解决方案：

一种3D打印小卫星星敏感器次结构，包括支架以及安装面，支架包括呈对称设置的第一特征体和第五特征体，第二特征体和第四特征体，以及第六特征体；

第三特征体结构构成了星敏感器的安装面，

第六特征体、第一特征体、第二特征体以及第五特征体、第四特征体共同提供了星敏感器的纵向支撑，且这5个组合体的安装底面为次结构与卫星结构安装面，星敏感器的安装面与卫星结构安装面之间的夹角为30°～60°。

星敏感器安装面上设有用于安装星敏感器的连接螺孔；卫星结构安装面上设有用于连接卫星主结构的连接孔。

星敏感器的安装面与卫星结构安装面之间的夹角为45°。

所述第六特征体的厚度为4mm～8mm。

第三特征体的厚度为3mm～10mm。

五个特征体整体一体化3D打印成型。

选用铝合金或镁合金材料对五个特征体一体化3D打印成型。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

(1)本实用新型根据卫星平台的需求和星敏感器的安装要求，设计了安装星敏感器的新型次结构，该次结构包括一个星敏感器安装面和五个支撑梁，以及由五个支撑梁共同形成的底部安装面，上述几个特征面通过巧妙的结构设计，实现了对星敏感器和卫星的可靠安装，且该次结构具有刚度大、体积小、重量轻的特点；

(2)本实用新型次结构采用整体3D打印结合精密机械加工的形式，更加符合次结构真实的传力路径，可以将次结构基频提高到230Hz，提高了次结构在火箭发射等严酷力学环境下的可靠性、安全性，为星敏感器在轨功能的实现提供良好保障；

(3)本实用新型次结构的设计充分结合小卫星安装空间和总装操作性，所占用的星上空间资源较少，能更好地适应小卫星紧凑、实用的发展方向；

(4)本实用新型通过大量试验对次结构进行了优化设计，同时可以选用铝合金或镁合金材料，进一步提高了次结构的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本实用新型外形示意图1；

图2为本实用外形示意图2；

图3为本实用新型小卫星星敏感器与其次结构安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述：

本实用新型一种3D打印小卫星星敏感器次结构采用了有限元拓扑优化技术在限定的设计空间和负载的条件下分析得到次结构设计空间内的主传力路径。根据主传力路径方向，同时考虑支架的加工方式、质量进行合理化设计。

如图1、图2所示分别为本实用新型一种3D打印小卫星星敏感器次结构不同角度的外形示意图，由图可知该新型小卫星星敏感器次结构为3D打印结合精加工组合加工制造的，主要有6个特征体组成，由第一特征体1、第二特征体2、第三特征体3、第四特征体4、第五特征体5、第六特征体6经一体化3D打印成型得到，其中第六特征体6、第一特征体1、第二特征体2、以及第四特征体4、第五特征体5共同提供了星敏感器的纵向支撑，且这4个组合体的安装底面为次结构与卫星结构安装面，第三特征体(3)结构提供了星敏感器安装面。

次结构提供的星敏感器安装面上设有用于安装星敏感器的连接螺孔，次结构与卫星结构安装面四周设有用于连接卫星主结构的连接光孔。

如图3所示为本实用新型小卫星星敏感器与其次结构安装示意图，装配连接时先将星敏感器12的1个安装面与次结构提供的1个安装面对齐，然后安装设备的4个M5螺钉。最后将星敏感器12及其次结构11装配体通过组合体底部(安装底面)提供的5个Ф5.5mm安装孔采用5个M5螺钉与卫星结构板实现连接。

本实施例中次结构与卫星结构安装底面(安装底面)的厚度为5mm，次结构提供的星敏感器安装面厚度为4mm，而且在星敏感器4个安装螺钉处加工凸台来镶嵌钢丝螺套。

该次结构需承载的星敏感器为圆柱体机构，质量为1.7kg，次结构质量为0.22kg，载重比为8：1。火箭发射时引起的振动通过与卫星结构板的连接孔传递给次结构，并通过与星敏感器的安装孔传递给星敏感器本体。

对本实用新型次结构初始方案设计模型进行了有限元拓扑优化设计，可以得到该次机构的主传力路径主要集中在星敏感器的安装面，中间的材料对整个次机构的基频提高贡献不大。

采用有限元技术对新设计的次结构进行分析，星敏感器及其次结构组合体整体在约40g左右的最大准静态载荷作用下，最大Von Mises应力为100MPa，而3D打印的铝合金材料的屈服强度约为400MPa，安全裕度约为3。

在把星敏感器本体作为质量点，即不考虑星敏感器本体刚度考虑时，支架一阶频率为230Hz，表明次结构本身具有较好的刚度。

星敏感器本体与次结构组合体还进行了正弦振动试验与随机振动试验，分析、试验的结果基本一致，整个组合体动力学特性良好，表明此次结构设计合理。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。