【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卫星构型设计领域，具体涉及一种多约束参数卫星隐身构型优化设计。
技术介绍
1、作为一个国家的重要战略资产，卫星代表了国家的科技实力和综合国力，在军事情报、通信指挥、遥感探测、防灾减灾和空间研究等领域发挥着关键作用。而卫星在太空中长时间飞行，很容易被探测器监测或者被干扰信号，卫星上的相关信息可能被窃听或者破坏，因此卫星的隐身性就成为了迫切需要研究的一个问题。目前国内外相关的研究相对较少，但大多集中于隐身材料的研究以及隐身外形的优化。卫星常见的电磁散射机理主要有镜面反射、边缘绕射、尖顶绕射、爬行波绕射、行波绕射、腔体散射和角反结构散射等，非隐身卫星的雷达散射截面积（rcs）是由多种散射机理共同作用的结果，而隐身卫星则是要尽可能地避免出现强散射。从构型设计上考量，我们可以通过优化卫星的外形以减少rcs，从而增强卫星的隐身性能。
2、1990年，美国航天科技公司设计出新一代卫星隐身外形，其表面是一种用于抑制卫星特征辐射信号的可充气防护罩。该防护罩是圆锥形结构，其内包含有一种升华剂，当暴露在热源中时，会使防护罩膨胀以吸收不需要的气体和水并防止卫星受到干扰。俄罗斯正在研究开发一种纳米卫星。与其它微小卫星相比，纳米卫星优势明显，它质量只有5kg、体积也只有奶粉桶大小且不易被探测设备探测到。同时纳米卫星设计步骤简单，生产周期短，方便在太空中部署。目前国内已有“天巡一号”微小卫星通过构型设计和rcs数值计算验证了其在雷达下具备一定的隐身性能。该卫星底面为正六边形，顶部为棱锥形，此种构型可有效降低电磁回波，大大提升了隐身性
3、目前常见的隐身外形虽均有一定隐身性能，但各自都有缺陷。以“天巡一号”为例，存在体积太小，考虑实际工况条件并不全面的问题。因此该构型并非最佳的构型，仍可在其基础上进一步优化以降低rcs，提高隐身性能。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提出一种多约束参数卫星隐身构型优化设计，是基于满足实际工况工作条件的水滴形雷达隐身卫星构型，可应用于卫星设计中，提高了隐身卫星的搭载能力和隐身能力，符合未来航空航天技术的发展趋势和应用需求。
2、本专利技术是这样实现的：
3、一种多约束参数卫星隐身优化构型，其特征在于，多约束参数卫星隐身优化构型为一种水滴形的隐身卫星的基本构型，所述的构型包括：顶部八棱锥结构，八棱台结构，五个八棱锥结构，十二个四棱锥结构，二十四个三角构型零件；所述的顶部八棱锥结构，八棱台结构，八棱锥结构，四棱锥结构均为桁架结构，构型外部框架是桁架组合并用三角构型零件相互连接固定形成的水滴形结构。
4、本专利技术的多约束参数卫星隐身优化构型在组装时按照分层组装，第一层是顶部八棱锥结构先与八棱台结构焊接固定，第二层是由四个四棱锥结构和十二个三角构型零件按照边长匹配焊接固定，第三层是由四个八棱锥结构和四个四棱锥结构交替焊接而成；第四层重复第二层的设计，由四个四棱锥结构和十二个三角构型零件按照边长匹配焊接固定，最后第五层是底部八棱锥结构；将五层按照层级顺序焊接固定得到多约束参数卫星隐身优化构型。
5、进一步，利用太阳能电池组背板对整个水滴形结构进行包裹，为卫星内的仪器提供电能。
6、进一步，所述的水滴形结构中还包括两块承力板和八根承力杆，支撑筋板； 在构型中，用两块承力板和八根承力杆，一块支撑筋板进行支撑。
7、进一步，所述的承力板分别在构型距离顶点182.77mm和798.33mm处，形状分别是所在位置的截面的多边形，并于该截面有关的梁边缘进行焊接固定；承力杆长度为493.96mm，承力杆的横截面为边长18.48m，10mm，10mm，8mm， 8mm的五边形，上下底边分别连接两个承力板的顶点处；分别连接两个承力板的对应顶点处；支撑筋板是底面周长为158.42mm的八边形，厚度为15mm，支撑筋板是底面周长为158.42mm的正八边形，厚度为15mm，底面上添加交叉的厚度为5mm，长度为366.5mm，宽度为110.5mm的六个筋板从而满足力学约束有足够大的刚度和强度以及稳定性；支撑筋板是底面与底部八棱锥结构进行焊接固定。
8、进一步，有效载荷主要搭建在两块承力板上；加热器分布在上承力板底部，散热管分布在八棱台结构的内部，从而满足卫星的热力学约束：近地400km轨道，控制卫星表面整体温度稳定在一定范围内，最高温度不超过100℃，最低不超过-30℃
9、进一步，所述的加热器功率为1w。
10、进一步，所述的水滴形结构整体高867.07mm，整体最宽部分为762.06mm；顶部八棱锥结构的高为20.31mm，底边边长为23.83mm；八棱台结构高为162.46mm，上底长23.83mm，下底长158.42mm；八棱锥结构高为68.71mm，底面边长为158.42mm；四棱锥结构底面为长162.46mm，宽158.42mm的矩形，顶点高为34.41mm；三角构型零件为腰长162.46mm，底边长158.42mm的等腰三角形；以上桁架结构的梁和零件拉伸厚度均为5mm，所有棱锥，棱台结构的中间支撑梁的宽度为10mm，而上下底边的梁宽度为5mm。
11、本专利技术所述的一种多约束参数卫星隐身优化构型，其水滴形结构在危险波段5.45ghz入射波下，以鼻锥正对地面，双站rcs满足：在零滚动角的情况下，在关键入射角度（0°-20°）的平均周向双站rcs在-20db以下，在一定大的入射范围内（22.5°-67.5°）rcs均在-10db以下；；同时满足入射角度（0°-30°）下的rcs均在-10db以下；在滚动角为0°-±45°的范围内周向平均值在0db以下。非常好的满足了隐身卫星的条件。支撑筋板为多个筋板构成的结构，添加交叉的六个筋板构成的支撑筋板作为承重从而满足力学约束：在极限过载情况下具有合理的强度和稳定性，模态满足：一阶横向弯曲频率大于 20 hz；一阶扭转和一阶纵向振动频率分别大于 25 hz 和 35 hz。
12、本专利技术与现有技术相比的有益效果在于：
13、本专利技术的多约束参数卫星隐身优化构型为水滴形的隐身卫星的基本构型，尽可能的预留出了足够的搭载体积，与天巡一号相比有其1.33倍的搭载体积，以满足卫星不同的任务需求。
14、本专利技术的多约束参数卫星隐身优化构型为水滴形，极大程度的减少了强散射，光滑的结构得到减少了镜面反射，所以具有优良的隐身特性。rcs特性非常良好满足隐身卫星的隐身需求：在危险波段，入射角度在鼻锥±30°范围内rcs均在-10db以下。周向rcs值尽量低。
15、本专利技术通过基本构型的设计，使得卫星在正常运行，也就是鼻锥朝向地球飞行的过程中rcs值满足隐身需求。
16、本专利技术通过棱锥棱台以及多边形承力框的水滴形设计，极大的提高了卫星有效搭载面积，提高了卫星搭载能力以及应用的多样性。
17、本专利技术通过加热器以及散热装置的位置设计，使得卫星在正常运行，可以维持良好的温度条件以及维持能力本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多约束参数卫星隐身优化构型，其特征在于，多约束参数卫星隐身优化构型为一种水滴形的隐身卫星的基本构型，所述的构型包括：
2.根据权利要求1所述的一种多约束参数卫星隐身优化构型，其特征在于，利用太阳能电池组背板（4）对整个水滴形结构进行包裹，为卫星内的仪器提供电能。
3.根据权利要求1所述的一种多约束参数卫星隐身优化构型，其特征在于，所述的水滴形结构中还包括两块承力板（7）和八根承力杆（8），支撑筋板（9）； 在构型中，用两块承力板（7）和八根承力杆（8），一块支撑筋板（9）进行支撑。
4.根据权利要求3所述的一种多约束参数卫星隐身优化构型，其特征在于，所述的承力板（7）分别在构型距离顶点182.77mm和798.33mm处，形状分别是所在位置的截面的多边形，并于该截面有关的梁边缘进行焊接固定；承力杆（8）长度为493.96mm，承力杆（8）的横截面为边长18.48m，10mm，10mm，8mm， 8mm的五边形，上下底边分别连接两个承力板的顶点处；分别连接两个承力板的对应顶点处；支撑筋板（9）是底面周长为158.42mm的八边形，厚度为1
5.根据权利要求1所述的一种多约束参数卫星隐身优化构型，其特征在于，有效载荷主要搭建在两块承力板（7）上；加热器（10）分布在上侧承力板（7）底部，散热管（11）分布在八棱台结构的内部，从而满足卫星的热力学约束：近地400km轨道，控制卫星表面整体温度稳定在一定范围内，最高温度不超过100℃，最低不超过-30℃。
6.根据权利要求1所述的一种多约束参数卫星隐身优化构型，其特征在于，所述的加热器（10）功率为1w。
7.根据权利要求1所述的一种多约束参数卫星隐身优化构型，其特征在于，所述的水滴形结构整体高867.07mm，整体最宽部分为762.06mm；顶部八棱锥结构（1）的高为20.31mm，底边边长为23.83mm；八棱台结构（2）高为162.46mm，上底长23.83mm，下底长158.42mm；八棱锥结构（3）高为68.71mm，底面边长为158.42mm；四棱锥结构（5）底面为长162.46mm，宽158.42mm的矩形，顶点高为34.41mm；三角构型零件（6）为腰长162.46mm，底边长158.42mm的等腰三角形；以上桁架结构的梁和零件拉伸厚度均为5mm，所有棱锥，棱台结构的中间支撑梁的宽度为10mm，而上下底边的梁宽度为5mm。
8.根据权利要求1~7任一所述的一种多约束参数卫星隐身优化构型，其特征在于，水滴形结构在危险波段5.45GHz入射波下，以鼻锥正对地面，双站雷达散射截面积（RCS）满足：在零滚动角的情况下，在关键入射角度（0°-20°）的平均周向双站RCS在-20dB以下，在一定大的入射范围内（22.5°-67.5°）RCS均在-10dB以下，同时入射角度（0°-30°）下的RCS均在-10dB以下；在滚动角为0°-±45°的范围内周向平均值在0dB以下；非常好的满足隐身卫星的条件；
...【技术特征摘要】
1.一种多约束参数卫星隐身优化构型，其特征在于，多约束参数卫星隐身优化构型为一种水滴形的隐身卫星的基本构型，所述的构型包括：
2.根据权利要求1所述的一种多约束参数卫星隐身优化构型，其特征在于，利用太阳能电池组背板（4）对整个水滴形结构进行包裹，为卫星内的仪器提供电能。
3.根据权利要求1所述的一种多约束参数卫星隐身优化构型，其特征在于，所述的水滴形结构中还包括两块承力板（7）和八根承力杆（8），支撑筋板（9）； 在构型中，用两块承力板（7）和八根承力杆（8），一块支撑筋板（9）进行支撑。
4.根据权利要求3所述的一种多约束参数卫星隐身优化构型，其特征在于，所述的承力板（7）分别在构型距离顶点182.77mm和798.33mm处，形状分别是所在位置的截面的多边形，并于该截面有关的梁边缘进行焊接固定；承力杆（8）长度为493.96mm，承力杆（8）的横截面为边长18.48m，10mm，10mm，8mm， 8mm的五边形，上下底边分别连接两个承力板的顶点处；分别连接两个承力板的对应顶点处；支撑筋板（9）是底面周长为158.42mm的八边形，厚度为15mm，支撑筋板（9）是底面周长为158.42mm的正八边形，厚度为15mm，底面上添加交叉的厚度为5mm，长度为366.5mm，宽度为110.5mm的六个筋板从而满足力学约束有足够大的刚度和强度以及稳定性；支撑筋板（9）是底面与底部八棱锥结构（3）进行焊接固定。
5.根据权利要求1所述的一种多约束参数卫星隐身优化构型，其特征在于，有效载荷主要搭建在两块承力板（7）上；加热器（10）分布在上侧承力板（7）底部，散...
【专利技术属性】
技术研发人员：石琳，秦远田，周成梁，黄昱帅，王涵予，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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