第三章 航天器结构与机构设计.ppt

航天器结构与机构设计 本章主要内容如下： 1：航天器结构与机构的基本概念 2：航天器结构与机构的功能与类型 3：航天器的环境条件与载荷 4：航天器的结构与机构材料 航天器结构与机构的基本概念 航天器结构： 航天器结构为航天器提供总体构型，为各分系统仪器设备提供支撑，承受和传递载荷，并保持一定的刚度和尺寸稳定性的部件或附件结构的总称。 航天器机构 航天器机构是指航天器部件及其附件完成规定的动作或运动的机械组件 航天器结构与机构的关系 航天器结构与机构具有很多关联的性质： 1 航天器结构与机构在专业技术上属于同一范畴。 2 航天器机构与机构往往是为了完成一个共同的 任务和实现一个共同的功能。 3 航天器结构与机构在实体上和分析模型上往往很难分离 航天器结构的功能（1） 航天器结构的基本功能： 1 承受载荷 航天器结构最重要的功能就是承受载荷，即承受各种静态载荷和动态载荷 2 安装设备 航天器结构需要为航天器上的有效载荷和各个分系统提供安装空间和位置、安装界面和接口，以及具体的安装方式和连接件 航天器结构与机构的功能（2） 3 提供构型 航天器结构相当于整个航天器的主体骨架，因此航天器的整体结构形式确定了航天器的整个构型，具体包括 1）为整个航天器提供基本的构造 2）为整个航天器提供基本的外部形状和尺寸大小 3）为整个航天器提供接口关系和连接形式 航天器机构除了上述基本功能外，有时还需要根据航天器的需要提供其他的功能，包括1）密封2）防热 航天器机构的功能 航天器机构的主要功能是在航天器发射入轨后实现各种动作和运动，使航天器或者部件或附件处于要求的工作状态或工作位置。其具体功能大概有： 1）连接（压紧）2）释放3）展开/收拢 4）分离5）指向6）承载 航天器结构的类型 1 按照传递载荷的作用大小进行分类 1）主结构 主结构与运载火箭对接，把载荷由运载火箭传递给航天器，构成主传力路径 2）次结构 次结构是与主结构相连接的各种结构，用于支撑航天器上的设备和保持航天器的外形。由此构成了航天器的整个结构，次结构也包括了可伸展在航天器本体以外的附件结构，如太阳翼结构 航天器结构的类型（2） 2 按照结构功能分 可以根据功能不同将航天器结构分为：承载结构、密封结构、防热结构等。多数情况下，结构的功能是多重的，例如密封结构也具有承载功能。 3 按照结构形状分 4 按照组成结构的材料分 航天器机构的分类 航天器机构至少由一个运动部件和一个动力源组成。运动部件用于实现特定的动作，他是机构的关键部分，动力源用于驱动上述运动部件。多数系统还具有反馈系统。 1：一次性机构 1）压紧和释放机构 2）展开机构 3）连接和分离机构 2：连续或间歇工作机构 1）间歇工作机构 2）连续工作机构 航天器结构与机构的研制 航天器的研制流程 1）可行性论证阶段 2）方案阶段 3）初样阶段 4）正样阶段 航天器结构与机构分系统作为航天器的主要分系统之一，参与航天器研制的各个阶段，并完成相应的任务。 航天器结构与机构的研制流程 航天器的环境条件和载荷 航天器除了经受在地面的制造、操作、运输、储存、试验等环境条件以外，一般需要经历发射、空间轨道运行、返回地面三个阶段的特殊条件。 航天器空间运行主要经历环境 发射——声、振动、冲击和加速度等力学参数 空间轨道运行 高真空 微重力 高低温交变 强辐射 原子氧 微流星 返回着陆阶段——气动力和气动力加热以及着陆冲击 航天器结构和机构最重要的功能是承受载荷，不使航天器结构本身及其所支撑的设备破坏或失效。因此载荷对航天器的结构和机构设计影响最大，对航天器的结构或机构设计、分析、制造、试验起着举足轻重的作用，所以必须认真对待。航天器承受的载荷与航天器的环境有很大的关系，因为绝大部分载荷来源于环境条件。因此，由于环境条件的复杂性及特殊性，航天器的载荷确定也比较复杂。 航天器的环境条件 航天器的环境条件 发射环境 地面环境 轨道环境 再入环境 地面环境 地面环境 重 力—由于重力作用使得结构机构变形 大气压—地面与空间轨道之间存在压差 温 度—地面温度的变化引起航天器结构变形 湿 度—地面湿度降低复合材料的机械性能 腐 蚀 污 染—降低航天器结构的工作寿命和性能 地面环境—制造环境 制造环境 局部应力—消弱强度、缩短寿命 残余应力— 影响严重 局部变形—由于残余应力的释放会产生加工零件变形 氢脆现象—原子氢扩散到金属中，使