皮衛(wèi)星星箭分離機構設計分析方法及關鍵技術研究.pdf

1、皮衛(wèi)星是基于MEMS微機電系統(tǒng)技術的一種全新概念的微小衛(wèi)星，它具有研發(fā)周期短、制造發(fā)射成本低、功能針對性強、載荷接口靈活等常規(guī)衛(wèi)星無法比擬的優(yōu)點。而星箭分離機構作為皮衛(wèi)星項目中的重要組成部分，直接決定著皮衛(wèi)星發(fā)射任務的成敗。論文結合“十一五”預研項目“皮衛(wèi)星技術*****”，采用理論分析、計算機模擬和實驗研究相結合的方法，系統(tǒng)、深入地開展了皮衛(wèi)星星箭分離機構基礎理論和關鍵技術的研究，設計并研制了皮衛(wèi)星星箭分離機構，2010年9月22日，

2、“皮星一號A”衛(wèi)星的成功發(fā)射驗證了星箭分離機構適用性、有效性和可靠性。
　　論文首先闡述了課題的研究背景與意義，詳細論述了皮衛(wèi)星星箭分離機構國內外研究現(xiàn)狀，明確了星箭分離機構設計分析的關鍵技術。在此基礎上，提出了論文的主要研究內容。
　　針對皮衛(wèi)星對星箭連接分離的技術指標要求和功能需要，設計并研制了皮衛(wèi)星星箭分離機構。為實現(xiàn)星箭無干涉分離，論文分別對動力系統(tǒng)、防干涉系統(tǒng)等關鍵部件進行了理論計算和數(shù)值分析。
　　星箭分離

3、機構主要由薄壁件組成，在振動環(huán)境中容易引起剛柔耦合振動，對薄弱部件產生破壞作用。為保證星箭分離機構在復雜振動環(huán)境中的連接可靠性，必須分析其振動特性。皮衛(wèi)星和星箭分離機構整體模型很復雜，求解難度大，根據(jù)邊界連接關系將整體系統(tǒng)分解為皮衛(wèi)星、艙門、框架、后板四個子結構，分別對各子結構進行了理論建模分析，然后通過坐標轉換和方程聯(lián)立，實現(xiàn)皮衛(wèi)星及其星箭分離機構整體求解。通過對皮衛(wèi)星和星箭分離機構組合體的模態(tài)和靜力學分析，得到了組合體整體力學性能。

4、
　　發(fā)射過程中，除了復雜力學環(huán)境外，還需考慮熱真空環(huán)境影響，衛(wèi)星朝陽面和背陰面產生的截面溫差將導致結構的熱變形，影響到皮衛(wèi)星的正常分離。為了解皮衛(wèi)星在發(fā)射過程中的熱變形情況，以皮衛(wèi)星及其星箭分離機構組合體為研究對象，根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射軌道參數(shù)，計算皮衛(wèi)星及其星箭分離機構在衛(wèi)星發(fā)射過程中所受到的內外熱流，并以其所受到的內外熱流為輸入條件，采用有限元軟件對其進行熱-結構模擬，分析了衛(wèi)星發(fā)射過程中皮衛(wèi)星外殼與導軌面的溫度場和熱變形，以達到合

5、理設計皮衛(wèi)星與導軌面間配合間隙的目的。
　　皮衛(wèi)星能源有限、姿控能力差等特點決定了其對星箭分離初始姿態(tài)要求較高，為合理設計星箭分離機構，確保星箭成功分離，在對皮衛(wèi)星分離過程中所受外力和外力矩進行分析的基礎上，建立了皮衛(wèi)星星箭分離動力學仿真模型，并通過地面分離試驗對模型進行了修訂，并對衛(wèi)星入軌初始姿態(tài)進行了預測。
　　最后，通過對星箭分離機構的系列化試驗研究，驗證了理論分析與數(shù)值模擬的正確性和可行性。在試驗中，對皮衛(wèi)星及其星箭