一种承力式表面张力贮箱.pdf

第40卷第1期
火箭推进
Vol.40.N.1
2014年2月
JOURNAL OF ROCKET PROPULSION
Feb.2014
种承力式表面张力贮箱
陈志坚,邱中华
(上海空间推进研究所,上海201112)
摘要:卫星平台总体结构的要求是自身重量轻,承载能力强,与推进剂燃料贮箱是相
同的,如果能把推进剂燃料贮箱作为卫星平台的结构承力件使用,无疑会使卫星平台的结构
重量减轻。为此,提出一种卫星平台承力结构件的表面张力贮箱方案。针对采用承力式表面
张力贮箱的卫星平台承力结构方案进行了基本的受力分析。通过突例计算证明了承カ式表面
张力贮箱的适用性。
关键词:承力;表面张力贮箱;卫星平合;主承力结构
中图分类号:V434.23-34文献标识码:A文章编号:1672-9374(2014)01-0025-05
Bearing surface tension tank
CHEN Zhi-jian, QIU Zhong-hua
(Shanghai Institute of Space Propulsion, Shanghai 201112, China)
Abstract: The main structure of satellite platform is required to have light weight and large loadin
capacity, which is in accord with the propellant tank. If the propellant tank can be used as the bearing
structure, the weight of satellite platform can be reduced. Thus, a new style of surface tension tank
which can be used as the main bearing structure of satellite platform is discussed in this paper. The
basic force analysis for the main bearing structure of satellite platform with bearing surface tension
tanks was carried out. The applicability of the bearing, surface tension tanks was proved by an example
computation with FEA codes
Keywords: bearing; surface tension tank; satellite platform; main bearing structure
0引言
俄罗斯和印度发射的卫星都有自己的结构特点,
但归纳起来主要有中心承力筒结构、板式结构、
卫星半台的结构是卫星整体的主体结构,其桁架结构和它们的组合结构。以美国休斯公司为
结构的性能直接关系到卫星有效载荷的能力和卫代表的制造商采用的是桁架结构,典型的卫星平
星在轨的工作寿命。美国、欧洲、日本、中国、台有HS-601平台、HS-702平台;以劳拉空间系
收稿日期:2013-01-25;修回日期:2013-11-13
作者简介:陈志坚(1957-),男,研究员,研究领域为各种航天器用推进剂贮箱的设计
万方数据
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火箭推进
2014年2月
统公司为代表的制造商采用的是主承力筒结构
由于推进剂燃料贮箱在整个卫星的重要性及
典型代表是FS-1300;在欧洲法国宇航推出的空其失效的危险性,在上述卫星平台的结构设计
间公用舱卫星平台,典型的有 Space-中,除俄罗斯 FREGAT上面级外没有一种结构是
bus1000,2000和3000;马特拉马可尼空间公司将贮箱作为卫星平台的受力件来考虑的,随着科
推出的欧星平台有 Eurostar-10002000和3000。学技术的不断发展,计算机辅助设计日趋成熟,
俄罗斯和日本发展了COMS和 MTSAT静止气象特别是近年来航天事业的迅速发展积累了大量的
卫星;印度研制了 INSAT-1,2和3代气象和广航天工程经验,使贮箱既是推进剂燃料容器,又
播通信合用的多功能卫星;我国先后发射了东方是卫星平台结构件的设计方案有可能应用于实
红系列通信卫星和风云系列气象卫星等结构都是际
承力筒结构、板式结构、桁架结构和它们的组合
现在卫星平台所应用的贮箱种类按其结构大
结构形式。除此之外,俄罗斯 FREGAT上面级概可分为3大类,表面张力贮箱,膜片(膜盒)
中采用了将主承力桁架放置在贮箱中的主承力结式贮箱,囊式贮箱等。表面张力贮箱相对其它2
构,见图1。它采用6件贮箱(包括4件推进剂种贮箱,显著的优点是其为全金属的焊接结构
贮箱与2件安装设备单机的贮箱)相贯的结构,件,在工作过程中没有相对运动的部件,它工作
通过相贯连接与桁架连接实现主承力结构的功能。可靠,自身结构重量轻,挤出效率高,是国内外
航天工程中卫星平台首选的推进剂燃料贮箱。
对于卫星平台总体结构的要求是自身重量
轻,强度刚度大,承载能力强,这与推进剂燃料
贮箱是相同的,如果能把推进剂燃料贮箱作为卫
星平台的结构承力件使用,无疑会使卫星平台的
结构重量减轻,但同时也必须解决推进剂燃料贮
箱安全性问题,才能将这种设想应用到实际中。
1卫星平台主承力结构
图1俄罗斯 FREGAT上面级
假设一种有承力式表面张力贮箱(简称“承
Fig 1 Russia FREGAT upper stage
力贮箱”)构成的卫星结构平台方案,卫星平台
主承力结构的布置如图2所示。该结构包含4个
卫星平台上的贮箱是姿轨控系统的重要部同种规格的表面张力贮箱,2个转接框架和一些
件,它的体积和重量约占卫星平台的80%到斜撑拉杆件。4个贮箱呈阵列平铺式,贮箱的上
90%,是卫星平台中最庞大的部件,是卫星变轨下法兰分别与上下转接框架连接,在4个贮箱对
和调姿所需动力燃料的储存容器。如果贮箱失称轴的下半部安装轨控发动机,在4个贮箱的空
效,轻则缩短卫星寿命,重则引起爆炸导致整个档处布置支撑拉杆件与轨控发动机头部连接,上
卫星毁灭。由于贮箱部件的特殊性,所以贮箱在转接框架安装有效载荷,下转接框架与运载连
设计和制造时,要求其尽可能的坚固,承受载荷接。上述构件连接的方式近似桁架结构连接,形
的能力强,在卫星平台的安装和联结方面,要求成卫星推进部分的主承力结构,各姿控发动机推
尽可能地使其受力最小,承力条件最好。但由于力室按要求布置在主承力结构的上、下面或侧
火箭运载能力限制,又要求卫星平台自身重量最面。桁架结构除能将较大的有效载荷过载力传到
轻,使其能携带最多有效载荷和推进剂燃料。这运载结构上外,也起到防止主承力结构扭转或弯
两个方面相互矛盾的要求迫使工程技术人员必须曲等作用,但贮箱売体受力较小,这主要是由承
选择最佳设计。
力贮箱的结构决定的。
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