戴 璐 齊向軍 凡煉文 馬 寧

多工況模塊化設(shè)計(jì)在保持架設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

戴 璐 齊向軍 凡煉文 馬 寧

（北京衛(wèi)星制造廠有限公司，北京 100094）

針對(duì)航天器產(chǎn)品研制全球化，航天地面工裝要應(yīng)對(duì)國內(nèi)外不同設(shè)備工況以及長途航空運(yùn)輸工況的發(fā)展趨勢要求，介紹了一種多工況模塊化保持架設(shè)計(jì)，總結(jié)了多工況模塊化地面工裝相對(duì)傳統(tǒng)工裝的優(yōu)勢，為后續(xù)地面工裝設(shè)計(jì)及其它航天系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作提供新的思路和參考。

航天器；保持架；地面工裝；多工況；模塊化

1 引言

航天工程系統(tǒng)包括各種地面設(shè)施及地面設(shè)備。研制工作面向全球化國際合作方向發(fā)展，需要應(yīng)對(duì)各國不同研制設(shè)備和國際間長途運(yùn)輸工況。拓展不同工況應(yīng)對(duì)能力，提高惡劣運(yùn)輸條件能力的需求也日趨迫切。介紹了一種保持架多工況模塊化設(shè)計(jì)方案及其優(yōu)勢，探討模塊化在航天工業(yè)中的應(yīng)用前景。

2 地面工裝模塊化設(shè)計(jì)可行性

表1 XX-18衛(wèi)星通信艙保持架工況需求對(duì)照表

XX-18衛(wèi)星采用東四增強(qiáng)型衛(wèi)星平臺(tái)，其有效載荷由Thales Alenia Space（TAS）公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、總裝與測試，衛(wèi)星通信艙也將運(yùn)輸至法國圖盧茲總裝、測試。XX-18衛(wèi)星通信艙采用某運(yùn)輸機(jī)特制包裝箱運(yùn)輸。與一般衛(wèi)星的通信艙保持架相比，XX-18衛(wèi)星通信艙保持架設(shè)計(jì)考慮幾個(gè)特殊工況，如表1所示。通常，旋轉(zhuǎn)、運(yùn)輸時(shí)南、北片組件都作為保持架主要承力結(jié)構(gòu)，采用南、北片組件是保持架的主體結(jié)構(gòu)，東西用四組加強(qiáng)梁將保持架形成一個(gè)整體。針對(duì)XX-18衛(wèi)星通信艙保持架特殊工況需求，需要增加設(shè)計(jì)不同接口，還需要根據(jù)不同工況受力情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的受力加強(qiáng)功能模塊，滿足當(dāng)前的工況需求。

如表2所示，考慮到各個(gè)工況需要模塊存在較多重復(fù)，部分工況只需更換接口，在繼承傳統(tǒng)保持架設(shè)計(jì)方案同時(shí)針對(duì)特殊工況補(bǔ)充設(shè)計(jì)相應(yīng)模塊是一個(gè)經(jīng)濟(jì)、快速、合理的方案。

表2 模塊需求表

3 模塊化設(shè)計(jì)方案及計(jì)算

3.1 模塊化設(shè)計(jì)及模塊間連接形式確定

圖1 XX-18通信艙保持架各種工況安裝模塊示意圖

XX-18衛(wèi)星通信艙保持架根據(jù)多種工況要求將地面工裝設(shè)計(jì)成模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)使用狀態(tài)安裝相應(yīng)零部件，滿足不同工況功能要求，如圖1所示。各模塊間設(shè)計(jì)成螺接，方便連接和拆卸。

3.2 計(jì)算分析

校核時(shí)考慮到力臂尺寸問題，不能單獨(dú)校核模塊，要在組合狀態(tài)下校核。實(shí)際過程校核不同角度的工況，僅針對(duì)一種惡劣工況校核演示。航空運(yùn)輸空間狹窄、工況受力條件惡劣，校核演示在方向2g、方向-2g、方向2g的工況下空運(yùn)保持架與艙體。

圖2 空運(yùn)（X方向2g、Y方向-2g、Z方向2g）保持架力學(xué)分析

保持架的力學(xué)分析結(jié)果見圖2。方向保持架的最大變形為2.92mm，方向保持架的最大變形為1.1mm，方向保持架的最大變形為3.00mm。保持架的最大應(yīng)力為86.4MPa，主要由連接區(qū)域應(yīng)力集中效應(yīng)造成，大部分區(qū)域低于50MPa。在實(shí)際產(chǎn)品中這些連接點(diǎn)位置均有加強(qiáng)措施，滿足安全系數(shù)大于3的設(shè)計(jì)要求。

4 模塊化地面工裝相對(duì)傳統(tǒng)工裝的優(yōu)勢

4.1 解決了國際間設(shè)備接口壁壘

此工裝同時(shí)容納了國內(nèi)外3種設(shè)備接口，深入了解國內(nèi)外不同設(shè)備工況的特點(diǎn)，有助于我國工裝在國際市場上的競爭。

4.2 降低了成本

根據(jù)特殊工況，模塊化擴(kuò)充傳統(tǒng)保持架，而不是投產(chǎn)新工裝，減少了設(shè)計(jì)、制造資金投入，節(jié)省了40%～45%研制成本。

4.3 節(jié)約時(shí)間、提高安全性

采用模塊化地面工裝，當(dāng)工況發(fā)生變化時(shí)，只需在原工裝上安裝、更換、拆卸部分模塊，隨即進(jìn)行下一個(gè)工況研制，提高了研制效率和安全性。

5 結(jié)束語

未來的航天發(fā)展過程中，國際交流合作越來越多，模塊化是地面裝備在適應(yīng)航天器結(jié)構(gòu)變化、國內(nèi)外生產(chǎn)工況變化需求下的必然結(jié)果，也是提高地面工裝效率、降低成本的必然趨勢。功能模塊劃分地面工裝，為標(biāo)準(zhǔn)化系列化定制地面工裝、建立國際接口標(biāo)準(zhǔn)積累寶貴經(jīng)驗(yàn)，并可將模塊化設(shè)計(jì)理念進(jìn)一步推廣應(yīng)用到航天其他系統(tǒng)中去。

1 Q/W1145—2008衛(wèi)星總裝工藝裝備使用、維護(hù)要求，院標(biāo)[S]. 2008

2 趙璐. 航天器大型密封艙垂直進(jìn)艙工裝設(shè)計(jì)[J]. 航天器工程，2011(28)：620～624

3 Hou Yulong. The design and realization of multi-channel parallel testing system based on FPGA[C]. MACE 2011-Proceedings, MACE 2011, United States: IEEE Computer Society, 2011

4 梁燦. 多功能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其MCM實(shí)現(xiàn)[D]. 太原：中北大學(xué)，2015

Application of Multiduty Modular Design in Precision Holding Equipment

Dai Lu Qi Xiangjun Fan Lianwen Ma Ning

(Beijing Spacecrafts Co., Ltd., Beijing 100094)

In view of the development globalization of spacecraft products, and the development trend of spacecraft ground equipment to meets the requirements of different working conditions in domestic and overseas as well as of long-distance air transportation, this article introduces the advantages of modular ground equipment handing multiple working conditions over traditional ground equipment. These experiences can also be used as new ideals and references in design of ground equipment and other spacecraft systems.

spacecraft；precision holding equipment；ground equipment；multiduty；modular design

戴璐（1982），工程師，材料學(xué)專業(yè)；研究方向：星船結(jié)構(gòu)部裝工藝。

2018-06-06