一种用于航天器的气瓶支架制造技术

本发明专利技术提供一种用于航天器的气瓶支架，能够实现气瓶集中布置、节省布局空间，提高空间利用率，同时具备传力路径直接，环境条件优异，承载比高且动态特性好的气瓶支架。该气瓶支架包括：气瓶安装板和支撑板，气瓶安装板和支撑板均采用碳纤维蒙皮铝蜂窝夹层板。气瓶安装板安装在所述中心承力筒上；在气瓶安装板的上表面沿其周向均匀分布有与气瓶个数相同的气瓶安装接口，气瓶安装板的下表面每个气瓶安装处设置一块支撑板。所述支撑板与气瓶安装板之间通过侧向埋件连接；同时所述支撑板通过连接角条与中心承力筒相连，且至少有一个支撑板通过连接角条与中板相连。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气瓶支架，具体涉及一种可以用于中心承力筒式卫星的气瓶支架，属于航天器,结构设计领域。
技术介绍
目前，在国内已有成功飞行经验的中心承力筒式卫星中，气瓶的连接方式为下端通过法兰直接连接于中板，上端通过气瓶拉杆连接于中心承力筒。且三个气瓶采用分散布局，分别分布在中板±X三个象限中。此类连接方式简便，无需其他辅助支撑设施。但是，由于直接作用于中板，气瓶响应受中板影响较大，局部频率较低，且在振动环境下气瓶在整星纵向频点处响应较大，有可能引起耦合。同时，气瓶分散分布，空间利用率小，在某些空间布局紧张的型号中不再适用。目前国内外在中心承力筒式卫星中实现的气瓶支撑结构，分为两大类：1、以化学推进为推进方式的国外中心承力筒式卫星中，气瓶布局与国内类似，多数均采用分散布局，气瓶通过拉杆或支撑板实现整星安装。少数气瓶少量集中布局的卫星，亦仅采用上支撑板的形式，下端直接连接于卫星舱板，占用整星布局空间。2、全电推式卫星作为近年新兴的中心承力筒式卫星，由于其气瓶质量为以往化学推进式卫星气瓶重量的10倍以上，其气瓶构型与化学推进式卫星贮箱构型类似，与气瓶构型大相径庭，气瓶安装方式亦参考以往贮箱的连接形式，采用带有裙边的连接结构直接连接于中心承力筒内部。可见，当前用于中心承力筒式卫星的气瓶支撑结构均无法满足气瓶集中布置、整体拆装、提高空间利用率，减少布局面积的要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种用于航天器的气瓶支架，采用该种结构形式的气瓶支架能够实现气瓶在中心承力筒式卫星中集中布置、节省布局空间，提高空间利用率，同时具备传力路径直接，环境条件优异，承载比高且动态特性好的特点。所述的用于航天器的气瓶支架包括：气瓶安装板和支撑板，外围设备为航天器的中心承力筒和中板；所述气瓶安装板和支撑板均采用碳纤维蒙皮铝蜂窝夹层板；所述气瓶安装板安装在所述中心承力筒上，气瓶安装板为与所述中心承力筒外圆周面匹配的弧形结构，其一侧端面与所述中心承力筒外圆周面贴合；在所述气瓶安装板的上表面沿其周向均匀分布有与所需安装的气瓶个数相同的气瓶安装接口；在所述气瓶安装板的下表面每个气瓶安装处设置一块支撑板，所述支撑板与所述气瓶安装板之间通过侧向埋件连接；所述支撑板通过连接角条与中心承力筒相连，且至少有一个支撑板通过连接角条与中板相连。在每个气瓶安装接口中，沿气瓶安装板的径向分布有五个连接点，其中距离支撑板最近的连接点采用环形的整体埋件，另外四个连接点采用孔套埋件，并在其周围填充泡沫胶。对所述气瓶支架的参数用以刚度及频响为双约束，以重量最轻为目标的优化方法进行设计；所述的参数包括：气瓶安装板及支撑板的板厚、碳纤维蒙皮的厚度、碳纤维蒙皮的铺层方向与顺序以及整体埋件的加强与减轻设计。在所述气瓶安装板的下表面设置有三块支撑板，三块支撑板中位于两侧的两块支撑板通过连接角条与所述中心承力筒相连，位于中间的支撑板分别通过连接角条与中心承力筒和中板相连。有益效果：(1)采用该种结构形式的气瓶支架实现了气瓶的集中空间安装，提高了空间利用率；且气瓶脱离中板，为中板设备安装提供了更多的布局空间。(2)本专利技术通过支架直接将气瓶载荷传递到中心承力筒上，与现有先传递到中板再通过中板传递到中心承力筒相比，传力路径直接。(3)本专利技术采用碳纤维蒙皮铝蜂窝夹层板，结构自身重量轻，具有高的承载比。(4)在对该气瓶支架进行结构参数的设计时，通过双约束的优化方法实现了刚度设计优化，在有效提高气瓶局部频率的基础上，避免了气瓶纵向与整星纵向的耦合，为气瓶提供了更好的力学环境。(5)本专利技术结构件少，结构形式和装配简单，易于加工实现，能够满足产品定型化设计与生产的需要。附图说明图1为气瓶安装板结构示意图；图2为气瓶安装接口示意图；图3为气瓶支架安装示意图。其中：1-气瓶安装板、2-支撑板、3-中心承力筒、4-中板、5-气瓶具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本实施例提供一种可以用于中心承力筒式卫星的气瓶支架，以解决当前用于中心承力筒式卫星的气瓶支撑结构无法满足气瓶集中布置、整体拆装、提高空间利用率，减少布局面积的缺点。所述气瓶支架包括一块气瓶安装板1和三块支撑板2，所述气瓶安装板1及支撑板2均采用碳纤维蒙皮铝蜂窝夹层板(碳纤维蒙皮和蜂窝芯子通过胶膜连接，在蜂窝芯子中预置铝合金埋件，整板在热压罐中固化成型。在复合前，做好化学成分复验和无损探伤检验，以满足航天器用材料的要求)。首先在中心承力筒3上安装气瓶安装板1，安装时保证气瓶安装面的高度以及与卫星基准的平行度要求。由于气瓶安装板1一侧端面与所述中心承力筒3贴合，因此将气瓶安装板1的该侧设计为与所述中心承力筒3外圆周匹配的弧形结构。在气瓶安装板1的上表面沿其周向均匀分布有三个气瓶安装接口，如图1所示。每个气瓶安装接口中，沿气瓶安装板1的径向分布有五个连接点，由于距离支撑板2最近的连接点承载大，将该位置处的连接点设计为环形的整体埋件，以提高强度，另外四个连接点采用尺寸加大的孔套埋件，并在其周围填充泡沫胶，如图1和图2所示。在所述气瓶安装板1的下表面每个气瓶安装处设置一块支撑板2，所述支撑板2与气瓶安装板1之间通过侧向埋件连接。三块支撑板2中位于两侧的两块支撑板通过角条与中心承力筒3连接，位于中间的支撑板通过角条分别与中心承力筒3和中板4连接，实现对气瓶5的刚性支撑，如图3所示。装配完成后，气瓶支架可作为组件整体拆下以及复装以满足卫星装配需求。为在实现结构轻量化的基础上极大改善气瓶的力学环境，对该气瓶支架的参数用以刚度及频响为双约束，以重量最轻为目标的优化方法进行设计，具体为：建立气瓶支架的仿真模型，气瓶支架采用板壳元建模。通过刚性单元将气瓶支架与中心承力筒、气瓶相连。以刚度及频响为双约束条件，以重量最轻为目标，在整星模型下对气瓶支架设计参数进行优化仿真，并采用准静态分析及稳定性分析进行优化后参数校验，最终得到质量最轻状态下，满足气瓶安装强度、刚度、响应控制、稳定性要求的设计参数，所述的设计参数包括气瓶安装板及支撑板的板厚、碳纤维蒙皮厚度、碳纤维蒙皮铺层方向与顺序、连接结构加强及减轻设计等。与之前布局形式相比，采用该种结构形式的气瓶支架能够使气瓶局部频率Y向一阶由28Hz提高到了33Hz，X向一阶由66Hz提高到70Hz，纵向一阶由63Hz提高到76Hz，有效的抑制气瓶在整星纵向频点处的响应放大，避免了气瓶纵向与整星纵向的耦合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于航天器的气瓶支架，其特征在于，包括：气瓶安装板(1)和支撑板(2)，外围设备为航天器的中心承力筒(3)和中板(4)；所述气瓶安装板(1)和支撑板(2)均采用碳纤维蒙皮铝蜂窝夹层板；所述气瓶安装板(1)安装在所述中心承力筒(3)上，气瓶安装板(1)为与所述中心承力筒(3)外圆周面匹配的弧形结构，其一侧端面与所述中心承力筒(3)外圆周面贴合；在所述气瓶安装板(1)的上表面沿其周向均匀分布有与所需安装的气瓶个数相同的气瓶安装接口；在所述气瓶安装板(1)的下表面每个气瓶安装处设置一块支撑板(2)，所述支撑板(2)与所述气瓶安装板(1)之间通过侧向埋件连接；所述支撑板(2)通过连接角条与中心承力筒(3)相连，且至少有一个支撑板(2)通过连接角条与中板(4)相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于航天器的气瓶支架，其特征在于，包括：气瓶安装板(1)和支撑板(2)，
外围设备为航天器的中心承力筒(3)和中板(4)；
所述气瓶安装板(1)和支撑板(2)均采用碳纤维蒙皮铝蜂窝夹层板；
所述气瓶安装板(1)安装在所述中心承力筒(3)上，气瓶安装板(1)为与所述中心承
力筒(3)外圆周面匹配的弧形结构，其一侧端面与所述中心承力筒(3)外圆周面贴合；在
所述气瓶安装板(1)的上表面沿其周向均匀分布有与所需安装的气瓶个数相同的气瓶安装接
口；在所述气瓶安装板(1)的下表面每个气瓶安装处设置一块支撑板(2)，所述支撑板(2)
与所述气瓶安装板(1)之间通过侧向埋件连接；所述支撑板(2)通过连接角条与中心承力
筒(3)相连，且至少有一个支撑板(2)通过连接角条与中板(4)相连。
2.如权利要求1所述的一种用于航天器的气瓶支架，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：石文静，李竞蔚，钱志英，刘芃，罗文波，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11