技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天器布局設(shè)計方法，具體涉及一種偏心航天器推進艙零配平布局設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

隨著人類太空事業(yè)的不斷發(fā)展，航天器的構(gòu)型趨于復(fù)雜，兩艙構(gòu)型、三艙構(gòu)型、甚至多艙構(gòu)型航天器越來越多。組成航天器的各個艙段由于功能特點不同、配置不同，其質(zhì)量特性也各不相同。伴隨航天器的復(fù)雜程度加深，航天器的設(shè)計成本、建造成本、發(fā)射成本、運營成本不斷提高。提高航天器的設(shè)計效率是降低航天器各項成本的重要手段，是對航天工程師的重要要求。零配平布局設(shè)計是航天器高效率布局設(shè)計的重要特征。

航天器動力控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)配置基本都是對稱的，對航天器組合體的質(zhì)量特性要求也因此基本都是質(zhì)心位于推力軸線上，即中軸線上。在組成航天器的各個艙段中，存在不同的優(yōu)先級。高優(yōu)先級的艙段設(shè)計對低優(yōu)先級的艙段設(shè)計則是約束。當(dāng)高優(yōu)先級艙段的質(zhì)心為偏心時，低優(yōu)先級艙段的質(zhì)心位置為反向偏心則成為重要約束。

航天器的質(zhì)心位置要求是重要的布局設(shè)計指標(biāo)。零配平布局設(shè)計是高效率布局設(shè)計的重要特征。對于重量指標(biāo)要求苛刻的航天器，零配平布局設(shè)計尤其顯得重要。目前的航天器中，不少采用了配平方式實現(xiàn)了質(zhì)心位置要求，這不僅導(dǎo)致設(shè)計效率低，而且提高了發(fā)射成本，是對航天資源的浪費。目前航天器大多由多個艙段組成，艙段的偏心要求已變得常見。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)高效率布局設(shè)計，解決現(xiàn)有配平方式不足，提出了一種偏心航天器推進艙零配平布局設(shè)計方法。

為了達到上述的目的，本發(fā)明提供一種偏心航天器推進艙零配平布局設(shè)計方法，包括以下設(shè)計步驟：

步驟1，明確布局要求；

步驟2，動力系統(tǒng)設(shè)備對稱布局；

步驟3，太陽翼偏心布局；

步驟4，天線、敏感器及其他艙外設(shè)備偏心布局及之后的迭代布局；

步驟5，艙內(nèi)設(shè)備偏心布局及之后的迭代布局；

步驟6，管路偏心布局及之后的迭代布局；

步驟7，電纜偏心布局及之后的迭代布局。

具體設(shè)計方法如下：

a)步驟1，明確布局要求：

需要明確飛行任務(wù)要求、軌道和飛行程序要求、總體指標(biāo)要求、設(shè)備配套、接口數(shù)據(jù)單、功能要求、總體數(shù)據(jù)管理設(shè)計原則、熱控總體設(shè)計原則。

飛行任務(wù)要求、軌道和飛行程序要求，明確了航天器整體使用要求，包括不同任務(wù)階段的空間位置特點、姿態(tài)和功能要求，是布局設(shè)計首要和關(guān)鍵要求。

總體指標(biāo)要求，明確了航天器的包絡(luò)、重量、質(zhì)心位置等要求，是布局設(shè)計所要實現(xiàn)的航天器性能要求；

設(shè)備配套、接口數(shù)據(jù)單、功能要求，明確了布局對象的配套、性能和功能特點，是布局具體設(shè)計對象；

總體數(shù)據(jù)管理設(shè)計原則，明確了布局設(shè)計所要遵從的總體信息管理系統(tǒng)要求。

熱控總體設(shè)計原則，明確了布局設(shè)計所要遵從的總體熱環(huán)境管理要求，需要根據(jù)不同部位溫度特點以及設(shè)備熱性能，使設(shè)備布局滿足溫度控制要求。

b)步驟2，動力系統(tǒng)設(shè)備對稱布局：

動力系統(tǒng)設(shè)備主要有推力器、貯箱、氣瓶等。推力軸線指向航天器整體質(zhì)心，整體質(zhì)心位于中軸線上。推力器、氣瓶、貯箱等都采取對稱布局。

c)步驟3，太陽翼偏心布局：

太陽翼通常是航天器上最大的機構(gòu)產(chǎn)品，由于太陽翼上三角架的不對稱結(jié)構(gòu)，其展開狀態(tài)質(zhì)心特別是收攏狀態(tài)質(zhì)心是偏離安裝面中心的。利用這一特性，將太陽翼三角架布局在推進艙偏心要求的方向，對于推進艙偏心的實現(xiàn)有較大作用。

d)步驟4，天線、敏感器及其他艙外設(shè)備偏心布局及之后的迭代布局：

根據(jù)動力系統(tǒng)設(shè)備和太陽翼布局情況、天線、敏感器及其他艙外設(shè)備布局要求，進行艙外設(shè)備偏心布局，盡可能往偏心要求方向布局。同時需要根據(jù)信號接收角、視場角等要求，進行與動力系統(tǒng)設(shè)備、太陽翼的迭代布局。

e)步驟5，艙內(nèi)設(shè)備偏心布局及之后的迭代布局：

根據(jù)布局要求以及就近布局、區(qū)域布局等原則，在艙外設(shè)備布局的基礎(chǔ)上，將艙內(nèi)設(shè)備偏心布局，布局時需要考慮并預(yù)估安裝支架、電纜重量等重量因素對推進艙質(zhì)心的影響。必要時進行迭代設(shè)計。

f)步驟6，管路偏心布局及之后的迭代布局：

管路系統(tǒng)布局時需要考慮對質(zhì)心的影響，通過對閥門、傳感器的布局位置設(shè)計、管路布局路徑設(shè)計，可以有效調(diào)節(jié)質(zhì)心。必要時進行迭代設(shè)計。

g)步驟7，電纜偏心布局及之后的迭代布局：

電纜布局時需要考慮對質(zhì)心的影響，通過對過渡電連接器的布局位置設(shè)計、電纜布局路徑設(shè)計，可以有效調(diào)節(jié)質(zhì)心。必要時進行迭代設(shè)計。

發(fā)明帶來以下有益效益：

本發(fā)明提供了一種偏心航天器推進艙零配平布局設(shè)計方法。通過多次布局迭代設(shè)計，合理運用單機設(shè)備自身的質(zhì)量分布特性，充分利用分系統(tǒng)功能要求，有效調(diào)動管路布局、電纜布局等一切可以調(diào)節(jié)質(zhì)心的因素，以實現(xiàn)推進艙零配平的目標(biāo)。

附圖說明

本發(fā)明的一種偏心航天器推進艙零配平布局設(shè)計方法由以下的實施例及附圖給出。

圖1是一種偏心航天器推進艙零配平布局設(shè)計流程圖。

圖2是一種航天器推進艙動力系統(tǒng)設(shè)備對稱布局圖。

圖3是一種航天器推進艙太陽翼收攏狀態(tài)圖。

圖4是一種航天器推進艙艙外設(shè)備布局圖。

圖5是一種航天器推進艙艙內(nèi)設(shè)備布局重量分布圖。

圖6是一種航天器推進艙管路布局圖。

圖7是一種航天器推進艙電纜布局圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的一種偏心航天器推進艙零配平布局設(shè)計方法作進一步的詳細描述。

參見圖1。本發(fā)明提供一種偏心航天器推進艙零配平布局設(shè)計方法，包括以下步驟：

a)步驟1，明確布局要求

明確飛行任務(wù)要求、軌道和飛行程序要求、總體指標(biāo)要求、設(shè)備配套、接口數(shù)據(jù)單、功能要求、總體數(shù)據(jù)管理設(shè)計原則、熱控總體設(shè)計原則等。航天器名義質(zhì)心要求和推進艙名義質(zhì)心要求是零配平布局設(shè)計目標(biāo)點。其中推進艙名義質(zhì)心偏向I象限20mm為偏心設(shè)計要求。

b)步驟2，動力系統(tǒng)設(shè)備對稱布局

參見圖2。本發(fā)明首先將動力系統(tǒng)貯箱1、氣瓶2、推力器3關(guān)于航天器名義質(zhì)心要求點對稱布局。隨著推進艙布局的不斷完善，航天器設(shè)計質(zhì)心位置逐漸明確，需根據(jù)設(shè)計質(zhì)心位置迭代進行推力器3布局設(shè)計，將推力器3關(guān)于航天器設(shè)計質(zhì)心對稱布局。

c)步驟3，太陽翼4偏心布局

參見圖3。太陽翼4主結(jié)構(gòu)為基板4A和三腳架4B。基板4A一般是對稱結(jié)構(gòu)的長方體，三腳架4B一般是偏向一側(cè)，這導(dǎo)致太陽翼4的質(zhì)心偏離安裝面。

參見圖4。利用太陽翼4質(zhì)心偏離安裝面的特性，將兩個太陽翼4按照三角架4B朝向I象限的方式進行布局。由于太陽翼4一般重量較重，其對質(zhì)心調(diào)節(jié)作用較為顯著。

d)步驟4，天線5、敏感器6及其他艙外設(shè)備7偏心布局及之后的迭代布局

參見圖4。將天線5、敏感器6及其他艙外設(shè)備7布局盡量朝向I象限方向。

e)步驟5，艙內(nèi)設(shè)備偏心布局及之后的迭代布局

參見圖5。根據(jù)布局要求以及就近布局、區(qū)域布局等原則，在艙外設(shè)備布局的基礎(chǔ)上，將艙內(nèi)設(shè)備偏心布局，布局時考慮并預(yù)估安裝支架、電纜重量等重量因素對推進艙質(zhì)心的影響。經(jīng)過多次迭代設(shè)計，圖5是艙內(nèi)設(shè)備布局重量分布圖。艙內(nèi)設(shè)備對推進艙質(zhì)心的貢獻較大。

f)步驟6，管路偏心布局及之后的迭代布局

參見圖6。通過對閥門、傳感器的布局位置設(shè)計、管路布局路徑設(shè)計，管路系統(tǒng)布局呈現(xiàn)局部偏向IV象限。

g)步驟7，電纜偏心布局及之后的迭代布局

參見圖7。通過對過渡電連接器8的布局位置設(shè)計、電纜布局路徑設(shè)計，有效調(diào)節(jié)了艙體質(zhì)心，使艙體質(zhì)心向I象限方向和II象限方向偏移，不僅消除了管路系統(tǒng)的偏心影響，而且進一步實現(xiàn)了艙體偏心要求。

本發(fā)明采用本發(fā)明的一種偏心航天器推進艙零配平布局設(shè)計方法，通過多次布局迭代設(shè)計，合理運用單機設(shè)備自身的質(zhì)量分布特性，充分利用分系統(tǒng)功能要求，有效調(diào)動管路布局、電纜布局等一切可以調(diào)節(jié)質(zhì)心的因素，實現(xiàn)了推進艙零配平的目標(biāo)。