多工況模塊化設計在保持架設計中的應用

戴 璐 齊向軍 凡煉文 馬 寧

多工況模塊化設計在保持架設計中的應用

戴 璐 齊向軍 凡煉文 馬 寧

（北京衛星制造廠有限公司，北京 100094）

針對航天器產品研制全球化，航天地面工裝要應對國內外不同設備工況以及長途航空運輸工況的發展趨勢要求，介紹了一種多工況模塊化保持架設計，總結了多工況模塊化地面工裝相對傳統工裝的優勢，為后續地面工裝設計及其它航天系統設計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

航天工程系統包括各種地面設施及地面設備。研制工作面向全球化國際合作方向發展，需要應對各國不同研制設備和國際間長途運輸工況。拓展不同工況應對能力，提高惡劣運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計方案及其優勢，探討模塊化在航天工業中的應用前景。

2 地面工裝模塊化設計可行性

表1 XX-18衛星通信艙保持架工況需求對照表

XX-18衛星采用東四增強型衛星平臺，其有效載荷由Thales Alenia Space（TAS）公司負責設計、總裝與測試，衛星通信艙也將運輸至法國圖盧茲總裝、測試。XX-18衛星通信艙采用某運輸機特制包裝箱運輸。與一般衛星的通信艙保持架相比，XX-18衛星通信艙保持架設計考慮幾個特殊工況，如表1所示。通常，旋轉、運輸時南、北片組件都作為保持架主要承力結構，采用南、北片組件是保持架的主體結構，東西用四組加強梁將保持架形成一個整體。針對XX-18衛星通信艙保持架特殊工況需求，需要增加設計不同接口，還需要根據不同工況受力情況設計相應的受力加強功能模塊，滿足當前的工況需求。

如表2所示，考慮到各個工況需要模塊存在較多重復，部分工況只需更換接口，在繼承傳統保持架設計方案同時針對特殊工況補充設計相應模塊是一個經濟、快速、合理的方案。

表2 模塊需求表

3 模塊化設計方案及計算

3.1 模塊化設計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衛星通信艙保持架根據多種工況要求將地面工裝設計成模塊化結構，根據使用狀態安裝相應零部件，滿足不同工況功能要求，如圖1所示。各模塊間設計成螺接，方便連接和拆卸。

3.2 計算分析

校核時考慮到力臂尺寸問題，不能單獨校核模塊，要在組合狀態下校核。實際過程校核不同角度的工況，僅針對一種惡劣工況校核演示。航空運輸空間狹窄、工況受力條件惡劣，校核演示在方向2g、方向-2g、方向2g的工況下空運保持架與艙體。

圖2 空運（X方向2g、Y方向-2g、Z方向2g）保持架力學分析

保持架的力學分析結果見圖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。保持架的最大應力為86.4MPa，主要由連接區域應力集中效應造成，大部分區域低于50MPa。在實際產品中這些連接點位置均有加強措施，滿足安全系數大于3的設計要求。

4 模塊化地面工裝相對傳統工裝的優勢

4.1 解決了國際間設備接口壁壘

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

4.2 降低了成本

根據特殊工況，模塊化擴充傳統保持架，而不是投產新工裝，減少了設計、制造資金投入，節省了40%～45%研制成本。

4.3 節約時間、提高安全性

采用模塊化地面工裝，當工況發生變化時，只需在原工裝上安裝、更換、拆卸部分模塊，隨即進行下一個工況研制，提高了研制效率和安全性。

5 結束語

未來的航天發展過程中，國際交流合作越來越多，模塊化是地面裝備在適應航天器結構變化、國內外生產工況變化需求下的必然結果，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，為標準化系列化定制地面工裝、建立國際接口標準積累寶貴經驗，并可將模塊化設計理念進一步推廣應用到航天其他系統中去。

1 Q/W1145—2008衛星總裝工藝裝備使用、維護要求，院標[S]. 2008

2 趙璐. 航天器大型密封艙垂直進艙工裝設計[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. 多功能結構系統設計及其MCM實現[D]. 太原：中北大學，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，材料學專業；研究方向：星船結構部裝工藝。

2018-06-06