[发明专利]一种轻量化航天器主结构

说明书

本发明属于航天器结构领域技术领域，特别涉及一种需要携带大质量贮箱的高轨或者深空探测领域的航天器主结构。一种轻量化航天器主结构，它包括：底板、中心角盒、顶板、四块隔板、四块侧板和四块斜侧板；本发明采用八棱柱加顶部和底部外凸的结构构型，在整器布局层面有效降低结构重量。为满足结构刚度和设备装需求，顶板设计为铝面板铝蜂窝夹层结构板，底板设计为碳纤维增强树脂加筋壳，其余结构板设计为碳纤维增强树脂面板铝蜂窝夹层结构板。本发明用最小面积的舱板实现仪器安装，能大幅减轻整器结构重量，同时配合系统总体设计出构型更优、重量更轻的探测器。

技术领域

本发明属于航天器结构领域技术领域，特别涉及一种需要携带大质量贮箱的高轨或者深空探测领域的航天器主结构。

背景技术

航天器主结构类型主要有：中心承力筒结构、杆系结构、箱板结构、壳体结构。中心承力筒结构和壳体结构有利于保证结构强度和刚度，但对设备安装适应性较差；杆系结构和箱板式结构对设备安装适应性较好，但杆系结构的开敞性和承受集中载荷能力比箱板式结构好，箱板式结构的整体刚度和稳定性比杆系结构好。

对于携带大质量贮箱的高轨和深空探测领域航天器，主结构重量占整器重量的比例要求很低(通常会低于7％)，以满足任务需求。单一的结构类型通常无法兼顾重量轻、强度刚度好、设备安装适应性好的要求。因此，需要将不同类型主结构进行结合，能最大限度地发挥各类结构的优点。例如我国的风云三号卫星，法国的SPOT卫星等卫星就是典型的杆系结构、中心承力筒结构和箱板结构的混合结构。对于携带大质量贮箱的航天器结构，通常从构型布局上会有两种方式：单独形成推进舱和设备舱，推进舱和设备舱融合为一体。

我国的环境1C卫星结构属于推进舱和设备舱分舱设计，推进舱采用壳体结构，设备舱采用箱板结构。由于箱体结构和壳体推进舱空间上分开设计，存在整星质心高、布局不紧凑的缺点，导致结构占整星重量的15％(整星重约950kg)。因此从减轻结构重量出发，推进舱和设备舱分舱设计的结构存在先天不足。

嫦娥三号着陆器结构属于推进舱和设备舱一体设计，采用箱板和框架组合结构，隔板预埋梁和底部对接环形成主承力框架。嫦娥三号着陆器横截面为2500mm×2500mm，整器重约3780kg，通过贮箱水平并联分布，降低了质心，结构紧凑，最终结构重199.6kg，结构承载效率很高。但对于整体横截面尺寸压缩到1700mm×1700mm，而设备安装数量尺寸基本不变情况下，舱内设备安装空间不足。

为了满足空间紧凑，重量轻，在横截面尺寸相对现有设备尺寸不十分富裕的约束条件下，需要综合箱板式结构和壳体结构的优点，设计出一种箱板和壳体融合为一个舱体的结构，解决增大设备安装空间和减轻重量、提高结构强度刚度的矛盾。

发明内容

本发明的目的是：针对携带大质量贮箱的高轨和深空探测领域的航天器，为了兼顾重量轻、强度和刚度好、设备安装适应性好的要求，提供一种箱板和壳体融合为一个舱体的航天器主结构，解决增大设备安装空间和减轻重量、提高结构强度刚度的矛盾。

本发明的技术方案是：一种轻量化航天器主结构，包括：底板、中心角盒、顶板、四块隔板、四块侧板、四块斜侧板；

所述底板为球冠形，采用碳纤维增强树脂复合材料加筋壳；

所述顶板为外凸的铝蜂窝夹层结构板；

所述中心角盒为铝合金薄壁结构；

所述隔板、侧板与斜侧板均为碳纤维增强树脂面板铝蜂窝夹层结构板；