專利名稱：衛(wèi)星載荷試驗(yàn)用零變形構(gòu)架裝置的制作方法
衛(wèi)星載荷試驗(yàn)用零變形構(gòu)架裝置
技術(shù) 領(lǐng)域本發(fā)明涉及衛(wèi)星有效載荷的地面試驗(yàn)裝置，尤其是衛(wèi)星各種有效載荷及太陽電池 陣等展開機(jī)構(gòu)在地面真空條件下、高低溫試驗(yàn)時(shí)的構(gòu)架裝置。
背景技術(shù)：
為確保精度要求，使得每次發(fā)射成功，衛(wèi)星和航天器上的一些展開機(jī)構(gòu)及有效載 荷(如各種天線和太陽電池陣)在天上能順利展開，首先要經(jīng)歷在地面環(huán)境下進(jìn)行多次的 展開考核試驗(yàn)。為了保證其真實(shí)性，需要有一種與其相適應(yīng)的模擬試驗(yàn)裝置，即在地面的真 空條件下、高低溫試驗(yàn)中，該模擬試驗(yàn)裝置必須具有極小的變形或達(dá)到零變形要求。目前試驗(yàn)裝置常規(guī)材料(如鐵、鋼、鋁、鎂等材料)均具有較大的線膨脹系數(shù)，很有 可能由于試驗(yàn)裝置的原因而影響產(chǎn)品展開試驗(yàn)結(jié)果；為此，需要有一種線膨脹系數(shù)很小或 幾乎接近于零的材料來制造該試驗(yàn)構(gòu)架裝置。由于碳纖維材料具有線膨脹系數(shù)小的特點(diǎn)以及它的可設(shè)計(jì)性，即通過對(duì)碳纖維方 形管的鋪層設(shè)計(jì)和纏繞角度的改變，以及根據(jù)有效載荷需要的壓緊點(diǎn)、展開支撐點(diǎn)、鎖緊點(diǎn) 等要求，設(shè)計(jì)和研制衛(wèi)星試驗(yàn)用零變形構(gòu)架裝置。但是，目前國內(nèi)外文獻(xiàn)對(duì)這種衛(wèi)星試驗(yàn)用 零變形構(gòu)架裝置的報(bào)道很少，尤其在地面真空條件下、高低溫環(huán)境下的零變形構(gòu)架裝置報(bào) 道更少。目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說明或報(bào)道，也尚未收集到國內(nèi)外類似的資料。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的試驗(yàn)裝置膨脹系數(shù)較大，影響產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果等問題，本發(fā)明 的目的在于提供一種衛(wèi)星載荷試驗(yàn)用零變形構(gòu)架裝置。利用本發(fā)明，不但具有足夠的結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度和剛度來適應(yīng)衛(wèi)星及有效載荷連接安裝的需要，以及零變形的要求，而且通過結(jié)構(gòu)優(yōu) 化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、安裝方便、擴(kuò)展性好、適應(yīng)性強(qiáng)、制造成本低。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種 衛(wèi)星載荷試驗(yàn)用零變形構(gòu)架裝置，該裝置包括由長(zhǎng)短不同、截面相同的長(zhǎng)碳纖維方形管與內(nèi)接鑲嵌式連接角片組成外形呈薄型 箱形結(jié)構(gòu)的組合裝置；組合裝置兩側(cè)窄邊的上、下兩端的橫向支架上設(shè)置有四個(gè)起吊用的 吊軸裝置；組合裝置前面的一側(cè)邊上設(shè)置有上下兩個(gè)用作安裝鉸鏈展開機(jī)構(gòu)的支座裝置； 另一側(cè)居中位置具有一個(gè)突出的碳纖維方形管，設(shè)置有安裝有效載荷解鎖釋放裝置的支 座；同時(shí)，在該突出的碳纖維方形管的中間設(shè)置有一個(gè)安裝支撐鎖定機(jī)構(gòu)的支座；在組合 裝置前面中間的一根縱向碳纖維方形管上設(shè)置有三個(gè)、另一根縱向碳纖維方形管上設(shè)置有 四個(gè)與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、天線陣面相連接的平臺(tái)裝置；在組合裝置前面的底部設(shè)置有二根支腿裝 置，通過連接角撐固定在組合裝置前面底部；組合裝置的底部?jī)啥送ㄟ^連接角撐固定有二 塊底板，底板上固定有二根起吊桿。本發(fā)明衛(wèi)星載荷試驗(yàn)用零變形構(gòu)架裝置，由于采用了線膨脹系數(shù)極小的碳纖維材 料，根據(jù)有效載荷需要的壓緊點(diǎn)、展開支撐點(diǎn)、鎖緊點(diǎn)等要求，組成具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的構(gòu)架裝置，從而解決了衛(wèi)星地面真空條件下、高低溫試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生構(gòu)架裝置的變形問題。經(jīng)有關(guān)的考核試驗(yàn)，本發(fā)明的構(gòu)架裝置達(dá)到預(yù)期的目的和零變形效果。取得了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、重量輕、安裝方便、擴(kuò)展性好、適應(yīng)性強(qiáng)、制造成本低等有益效果。


圖1 本發(fā)明衛(wèi)星載荷試驗(yàn)用零變形構(gòu)架裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 碳纖維方形管組合裝置示意圖；圖3:吊軸裝置示意圖；圖4:支座裝置示意圖；圖5 解鎖裝置的支座示意圖；圖6 鎖定機(jī)構(gòu)的支座示意圖；圖7:平臺(tái)裝置示意圖；圖8:支腿裝置示意圖；圖9:起吊桿示意圖；圖10 連接角撐示意圖；圖11 底板示意圖；圖12 碳纖維方形管組合裝置內(nèi)部連接示意圖；圖13 :內(nèi)接鑲嵌式連接角片示意圖；圖14 碳纖維方形管示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該實(shí)施例主要用于星載展開機(jī)構(gòu)的試 驗(yàn)。圖1為本發(fā)明衛(wèi)星載荷試驗(yàn)用零變形構(gòu)架裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；該裝置包括由長(zhǎng) 短不同、截面相同的碳纖維方形管與內(nèi)接鑲嵌式連接角片組成外形呈薄型箱形結(jié)構(gòu)的組合 裝置1 ；組合裝置1兩側(cè)窄邊的上、下兩端的橫向支架上設(shè)置有四個(gè)起吊用的吊軸裝置2 ； 組合裝置1前面的一側(cè)邊上設(shè)置有上下兩個(gè)用作安裝鉸鏈展開機(jī)構(gòu)的支座裝置3 ；另一側(cè) 居中位置具有一個(gè)突出的碳纖維方形管，設(shè)置有安裝有效載荷解鎖釋放裝置的支座4 ；同 時(shí)，在該突出的碳纖維方形管的中間設(shè)置有一個(gè)安裝支撐鎖定機(jī)構(gòu)的支座5 ；在組合裝置1 前面中間的一根縱向碳纖維方形管上設(shè)置有三個(gè)、另一根縱向碳纖維方形管上設(shè)置有四個(gè) 與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、天線陣面相連接的平臺(tái)裝置6 ；在組合裝置1前面的底部設(shè)置有二根起固定調(diào) 節(jié)水平作用的支腿裝置7，通過連接角撐9固定在組合裝置1前面底部；組合裝置1的底部 兩端通過連接角撐9固定有二塊用作支座的底板10，底板10上固定有二根用作翻身作用的 起吊桿8。圖2為碳纖維方形管組合裝置1示意圖，它是該裝置中最重要和關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)，并 且具有與其它結(jié)構(gòu)件的連接接口和對(duì)外接口，它是由長(zhǎng)短不同截面相同的碳纖維方形管12 與內(nèi)接鑲嵌式連接角片11所組成；其外形尺寸為1802mmX3480mmX450mm ；外形呈薄型的箱 形結(jié)構(gòu)；共有長(zhǎng)碳纖維方管8根(每根長(zhǎng)為3480mm)，中長(zhǎng)的有4根(每根長(zhǎng)為1610mm)，中 短的有8根(每根長(zhǎng)為800mm)，短的有16根(每根長(zhǎng)為260mm)，超短的有32根(每根長(zhǎng)約為150mm)，共計(jì)68根；內(nèi)接鑲嵌式連接角片11分別與縱、橫的碳纖維方形管12之間采 用涂膠和鉚釘連接，所用的膠接劑為常溫J_133(黑龍江省石化研究院生產(chǎn))，鉚釘為鋁制
女口
廣 PFt ο圖 3為吊軸裝置2示意圖，主要是起吊之用，上下共有4個(gè)，采用鋁合金材料機(jī)加 工而成，用螺栓等緊固件與碳纖維方形管組合裝置相連接。鋁合金材料的密度為2. 75g/ cm3，牌號(hào)為 2A14T6，標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T3191-98。圖4為支座裝置3示意圖，它是安裝鉸鏈展開機(jī)構(gòu)之用，上下共有2個(gè)，采用鋁合 金材料機(jī)加工而成，用螺栓等緊固件與碳纖維方形管組合裝置1相連接。鋁合金材料的密 度為 2. 75g/cm3，牌號(hào)為 2A14T6，標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T3191-98。圖5為解鎖裝置的支座4示意圖，主要是安裝有效載荷的解鎖釋放裝置之用，采用 鋁合金材料機(jī)加工而成，用螺栓等緊固件與碳纖維方形管組合裝置1相連接。鋁合金材料 的密度為2. 75g/cm3，牌號(hào)為2A14T6，標(biāo)準(zhǔn)為GB/T3191-98。圖6為鎖定機(jī)構(gòu)的支座5示意圖，主要是安裝有效載荷的鎖定機(jī)構(gòu)之用，采用鋁合 金材料機(jī)加工而成，用螺栓等緊固件與碳纖維方形管組合裝置1相連接。鋁合金材料的密 度為 2. 75g/cm3，牌號(hào)為 2A14T6，標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T3191-98。圖7為平臺(tái)裝置6示意圖，主要是安裝有效載荷天線等壓緊點(diǎn)的地方，共有7個(gè)， 具有一定的精度要求，用螺栓等緊固件與碳纖維方形管組合裝置1相連接裝配后，即7個(gè) 對(duì)外的安裝面要保證在同一個(gè)平面內(nèi)；采用鋁合金材料機(jī)加工而成，鋁合金材料的密度為 2. 75g/cm3，牌號(hào)為 2A14T6，標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T3191-98。圖8為支腿裝置7示意圖，它主要的作用就是起固定和調(diào)節(jié)水平作用，共有2個(gè)， 采用45號(hào)鋼加工而成，用螺栓等緊固件與底板10相連接。圖9為起吊桿8示意圖，它主要用作翻身和起吊之用，共有2個(gè)，采用45號(hào)鋼加工 而成，用螺栓等緊固件與底板10相連接。圖10為連接角撐9示意圖，它主要起固定和連接作用，共有8個(gè)，它們分別用螺栓 等緊固件與底板10及碳纖維方形管組合裝置1相連接，所用材料為密度為2. 75g/cm3，牌號(hào) 為2A14T6，標(biāo)準(zhǔn)為GB/T3191-98的鋁合金材料。圖11為底板10示意圖，主要用作支座之用，共有2塊，分別與連接角撐9、起吊桿 8、支腿裝置7、碳纖維方形管組合裝置1通過螺栓等緊固件進(jìn)行連接，所用材料為45號(hào)鋼加 工而成。圖12為內(nèi)接鑲嵌式連接角片11與碳纖維方形管12局部剖開后，表示內(nèi)部連接示 意圖，主要是反映碳纖維方形管組合裝置1內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連接，內(nèi)接鑲嵌式連接角片11，分別 與縱、橫的碳纖維方形管12之間采用涂膠和鉚釘連接，所用的常溫膠接劑為J-133 (黑龍江 省石化研究院生產(chǎn))，鉚釘為鋁制產(chǎn)品。圖13為內(nèi)接鑲嵌式連接角片11示意圖，它為機(jī)加工而成，所用材料為密度為 2. 75g/cm3，牌號(hào)為2A14T6，標(biāo)準(zhǔn)為GB/T3191-98的鋁合金材料。圖14為碳纖維方形管12示意圖，它是一種典型的碳纖維方形管，具有長(zhǎng)短不同， 截面尺寸相同的特點(diǎn)，共有68根，碳纖維方形管截面為IOOmmx 100mmX4mm，采用M40J碳纖維 材料(日本生產(chǎn))和基材為環(huán)氧增強(qiáng)材料TDE-85(天津津東化工廠生產(chǎn))，為了達(dá)到極小變 形和負(fù)變形效果，經(jīng)過計(jì)算后采用了里外兩層各為士45°，其余為0°和90°混合纏繞與分層鋪設(shè)而成。在需要連接的地方均內(nèi)置了緊固件連接預(yù)埋件，確保對(duì)外各種接口的連接 強(qiáng)度和精度要求。為保證衛(wèi)星試驗(yàn)用零變形構(gòu)架裝置的裝配精度，制造了專門的裝配工裝，并進(jìn)行 預(yù)裝配，碳纖維方形管12分別與內(nèi)接鑲嵌式連接角片11進(jìn)行連接(參見圖12)，預(yù)裝配合 格后進(jìn)行正式裝配，即在碳纖維方形管12的端部?jī)?nèi)表面和內(nèi)接鑲嵌式連接角片11外表面 分別涂上常溫膠接劑J-133 (黑龍江省石化研究院生產(chǎn))進(jìn)行膠接連接，等待固化后再用鋁 制抽芯鉚釘進(jìn)行鉚接連接，鉚釘?shù)奈恢门c數(shù)量由現(xiàn)場(chǎng)視結(jié)構(gòu)相對(duì)位置而定，確保連接具有 足夠的強(qiáng)度和剛度。 本發(fā)明衛(wèi)星試驗(yàn)用零變形構(gòu)架裝置的設(shè)計(jì)方案通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和利用Pro/ E造型軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)模裝，以及采用專門制造的工裝，按照衛(wèi)星試驗(yàn)用零變形構(gòu)架裝置的精 度要求進(jìn)行了裝配，制造了 1802mmX3480mmX450mm外形呈薄型的箱形結(jié)構(gòu)，7個(gè)平臺(tái)裝置6 組成的安裝面平面度為0. 5mm，該構(gòu)架裝置具有如下的特點(diǎn)1.整體外形造型美觀大方，表面平整光滑，連接接口牢固可靠。2.具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，可以提供多種載荷的環(huán)境試驗(yàn)。3.在地面真空條件下、高低溫試驗(yàn)下具有零變形的結(jié)構(gòu)特性。4.具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、操作方便、擴(kuò)展性好、適應(yīng)性強(qiáng)、制造成本低等有益效^ ο
權(quán)利要求
1.一種衛(wèi)星載荷試驗(yàn)用零變形構(gòu)架裝置，其特征在于，該裝置包括由長(zhǎng)短不同、截面相同的長(zhǎng)碳纖維方形管[12]與內(nèi)接鑲嵌式連接角片[11]組成外形 呈薄型箱形結(jié)構(gòu)的組合裝置[1]；組合裝置[1]兩側(cè)窄邊的上、下兩端的橫向支架上設(shè)置有 四個(gè)起吊用的吊軸裝置[2]；組合裝置[1]前面的一側(cè)邊上設(shè)置有上下兩個(gè)用作安裝鉸鏈 展開機(jī)構(gòu)的支座裝置[3]；另一側(cè)居中位置具有一個(gè)突出的碳纖維方形管，設(shè)置有安裝有 效載荷解鎖釋放裝置的支座W]；同時(shí)，在該突出的碳纖維方形管的中間設(shè)置有一個(gè)安裝 支撐鎖定機(jī)構(gòu)的支座[5]；在組合裝置[1]前面中間的一根縱向碳纖維方形管上設(shè)置有三 個(gè)與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、天線陣面相連接的平臺(tái)裝置W]，另一根縱向碳纖維方形管上設(shè)置有四個(gè)與 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、天線陣面相連接的平臺(tái)裝置W]；在組合裝置[1]前面的底部設(shè)置有二根支腿裝 置[7]，通過連接角撐[9]固定在組合裝置[1]前面底部；組合裝置[1]的底部?jī)啥送ㄟ^連 接角撐[9]固定有二塊底板[10]，底板[10]上固定有二根起吊桿[8]。
2.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)架裝置，其特征在于所述的組合裝置[1]，共有長(zhǎng)碳纖維 方形管8根，每根長(zhǎng)為3480mm ；中長(zhǎng)的有4根，每根長(zhǎng)為1610mm ；中短的有8根，每根長(zhǎng)為 800mm ；短的有16根，每根長(zhǎng)為260mm ；超短的有32根，每根長(zhǎng)約為150mm ；共計(jì)68根；內(nèi)接 鑲嵌式連接角片[11]分別與縱、橫的碳纖維方形管[12]之間采用涂膠和鉚釘連接，所用的 膠接劑為常溫J-133。
3.如權(quán)利要求1或2所述的構(gòu)架裝置，其特征在于所述的碳纖維方形管截面為 100mmxl00mmx4mm,采用M40J碳纖維材料和基材為環(huán)氧增強(qiáng)材料TDE-85，里外兩層各為 士45°，其余為0°和90°混合纏繞與分層鋪設(shè)而成。
4.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)架裝置，其特征在于所述的平臺(tái)裝置W]，用螺栓與碳纖維 方形管組合裝置[1]相連接裝配后，其7個(gè)對(duì)外的安裝面在同一個(gè)平面內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)架裝置，其特征在于所述的吊軸裝置[2]、支座裝置[3]、解 鎖裝置的支座[4]、鎖定機(jī)構(gòu)的支座[5]、平臺(tái)裝置[6]、連接角撐[9]、內(nèi)接鑲嵌式連接角片 [11]采用鋁合金材料機(jī)加工而成。
6.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)架裝置，其特征在于所述的支腿裝置[7]、吊桿[8]、底板 [10]采用45號(hào)鋼加工而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及衛(wèi)星有效載荷的地面試驗(yàn)裝置，公開了一種衛(wèi)星載荷試驗(yàn)用零變形構(gòu)架裝置；包括組合裝置[1]，其兩側(cè)設(shè)置有四個(gè)吊軸裝置[2]；其前面和兩側(cè)分別設(shè)置有安裝鉸鏈展開機(jī)構(gòu)的支座裝置[3]、有效載荷解鎖釋放裝置的支座[4]、支撐鎖定機(jī)構(gòu)的支座[5]；在組合裝置[1]前面中間設(shè)置有與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、天線陣面相連接的平臺(tái)裝置[6]；底部設(shè)置有二根支腿裝置[7]和底板[10]，底板[10]上固定有二根起吊桿[8]。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)的試驗(yàn)裝置膨脹系數(shù)較大，影響產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果等問題，取得了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、安裝方便、擴(kuò)展性好、適應(yīng)性強(qiáng)、制造成本低等有益效果。
文檔編號(hào)B64G7/00GK102092486SQ20091020032
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者宋東平, 張建剛, 顧志悅 申請(qǐng)人:上海衛(wèi)星工程研究所