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解析区间遥测仪表构造预设的主要技艺

2019.2.21

结构设计的合理性及解决途径空间遥感仪器结构复杂,性能要求高,考虑发射成本和低功耗的要求,具有高强 度、高结构刚度,轻质量的特点,因此一般采取薄壁结构或蜂窝板复合结构;材料选择高强度、轻质量的材料,这样在静态强度、动态振动条件下都会产生不利影 响。如何在有限的质量指标、成本预算和满足设计规范的前提下,选用合适的材料和采用最优化的结构形式,来保证仪器具有合适的刚度和强度,这就是结构设计的 合理性要求。

传统的设计方法是在设计人员技术调研的基础上,根据经验和判断去提出设计方案,然后进行具体的结构设计,随后对给定的设计方案作力学的分析,校验是否可行,最后通过各种试验加以验证。

随着航天技术的发展,遥感仪器结构日趋大型、复杂和柔性化。一些新型材料已开始应用于仪器结构,使结构设计的参数大大增加,复杂、柔性结构对整体性能的影响很难凭直觉判断。而传统方法由于不允许作太多的调整和迭代计算,因此得出的设计方案不可能达到最优。

对于此项关键技术,采用以局部或整个机械系统为对象的动态设计方法进行设计是一种有效的解决途径。其中一项具体的发展方向是采用优化设计方法[12],又称机构综合法,它要综合考虑结构的性能、材料及加工工艺的约束条件,来获得某一个或几个设计目标的最优结果。结构优化问题的求解过程如图1所示。

由于高速计算机的发展和有限元方法的日益成熟,为结构优化设计提供了重要手段,促进了结构优化技术发展。

当然物理试验验证的方法在空间遥感仪器的结构设计中也是必不可缺的,它还是检验仪器可靠性的最有效方法。目前仿真模拟技术也正在蓬勃发展,通过建立仪器的虚拟样机,通过分析软件可以进行整个系统级的分析―――虚拟样机分析,在相当程度上弥补了物理试验的不足并缩短试验周期。

除了采用结构优化设计方法以外,大量新型复合材料的出现,使仪器结构部分质量比例下降,结构更加合理可靠。

运动部件的可靠性设计运动部件的可靠性是制约空间遥感仪器长寿命可靠工作的关键,也是结构设计工作中的一项难点。发生的问题主要集中体现在运动部件的润滑失效导致运动失效,以及由于磨损导致运动稳定度变化。由于运动机构润滑不良而造成卡死是造成仪器失 效的主要原因之一[45]。

综合目前技术发展,可以从以下十个方面采取相应措施来提高可靠性。密封设计方案运动部件的良好润滑是可靠性的关键,如果仪器整体或局部能够采用气密封结构,在真空状态下漏率很小,使内部保持常压状态,那么其中的运动部件就可以使用常压下的润滑方法,使运动 部件可靠性大大增加。

轴系结构设计合理的轴系结构可有效提高轴承等运动部件的可靠性。对于深沟球轴承,可以采用传统的两端支撑结构,而对于采用角接触球轴承支撑的,推荐采用以下两种轴系结构。2所示结构采用内圈分离性轴承背对背安装支撑,这种轴系的优点是可以通过分别测量两个 轴承的加载变形量来修磨隔套,从而实现正确加载预紧力,加载比较准确和均匀,可延长轴承的使用寿命。这种轴系结构要求轴系材料一致或膨胀系数相差不大,防止温度变化造成轴承的过载或卸载。

热控结构设计热控结构是空间遥感仪器机械结构的重要组成部分,大部分仪器设备要求处于习惯上的常温范围。如(045或(-2040。少数精密电子元件、光学器件不仅需要合适的温度,而且要求温度波动幅度小;有些仪器对温度变化速率有所限制,有些仪器对自身各个部分的温度梯度有苛刻要求。

由于热控结构的故障,造成空间仪器不能正常工作的实例很多,如早期发射的多颗自旋稳定通信卫星,都因为消旋轴承温度偏低,转矩过大,发生轴承卡死的现象。


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