多工况模块化设计在保持架设计中的应用

戴 璐 齐向军 凡炼文 马 宁

多工况模块化设计在保持架设计中的应用

戴 璐 齐向军 凡炼文 马 宁

（北京卫星制造厂有限公司，北京 100094）

针对航天器产品研制全球化，航天地面工装要应对国内外不同设备工况以及长途航空运输工况的发展趋势要求，介绍了一种多工况模块化保持架设计，总结了多工况模块化地面工装相对传统工装的优势，为后续地面工装设计及其它航天系统设计工作提供新的思路和参考。

航天器；保持架；地面工装；多工况；模块化

1 引言

航天工程系统包括各种地面设施及地面设备。研制工作面向全球化国际合作方向发展，需要应对各国不同研制设备和国际间长途运输工况。拓展不同工况应对能力，提高恶劣运输条件能力的需求也日趋迫切。介绍了一种保持架多工况模块化设计方案及其优势，探讨模块化在航天工业中的应用前景。

2 地面工装模块化设计可行性

表1 XX-18卫星通信舱保持架工况需求对照表

XX-18卫星采用东四增强型卫星平台，其有效载荷由Thales Alenia Space（TAS）公司负责设计、总装与测试，卫星通信舱也将运输至法国图卢兹总装、测试。XX-18卫星通信舱采用某运输机特制包装箱运输。与一般卫星的通信舱保持架相比，XX-18卫星通信舱保持架设计考虑几个特殊工况，如表1所示。通常，旋转、运输时南、北片组件都作为保持架主要承力结构，采用南、北片组件是保持架的主体结构，东西用四组加强梁将保持架形成一个整体。针对XX-18卫星通信舱保持架特殊工况需求，需要增加设计不同接口，还需要根据不同工况受力情况设计相应的受力加强功能模块，满足当前的工况需求。

如表2所示，考虑到各个工况需要模块存在较多重复，部分工况只需更换接口，在继承传统保持架设计方案同时针对特殊工况补充设计相应模块是一个经济、快速、合理的方案。

表2 模块需求表

3 模块化设计方案及计算

3.1 模块化设计及模块间连接形式确定

图1 XX-18通信舱保持架各种工况安装模块示意图

XX-18卫星通信舱保持架根据多种工况要求将地面工装设计成模块化结构，根据使用状态安装相应零部件，满足不同工况功能要求，如图1所示。各模块间设计成螺接，方便连接和拆卸。

3.2 计算分析

校核时考虑到力臂尺寸问题，不能单独校核模块，要在组合状态下校核。实际过程校核不同角度的工况，仅针对一种恶劣工况校核演示。航空运输空间狭窄、工况受力条件恶劣，校核演示在方向2g、方向-2g、方向2g的工况下空运保持架与舱体。

图2 空运（X方向2g、Y方向-2g、Z方向2g）保持架力学分析

保持架的力学分析结果见图2。方向保持架的最大变形为2.92mm，方向保持架的最大变形为1.1mm，方向保持架的最大变形为3.00mm。保持架的最大应力为86.4MPa，主要由连接区域应力集中效应造成，大部分区域低于50MPa。在实际产品中这些连接点位置均有加强措施，满足安全系数大于3的设计要求。

4 模块化地面工装相对传统工装的优势

4.1 解决了国际间设备接口壁垒

此工装同时容纳了国内外3种设备接口，深入了解国内外不同设备工况的特点，有助于我国工装在国际市场上的竞争。

4.2 降低了成本

根据特殊工况，模块化扩充传统保持架，而不是投产新工装，减少了设计、制造资金投入，节省了40%～45%研制成本。

4.3 节约时间、提高安全性

采用模块化地面工装，当工况发生变化时，只需在原工装上安装、更换、拆卸部分模块，随即进行下一个工况研制，提高了研制效率和安全性。

5 结束语

未来的航天发展过程中，国际交流合作越来越多，模块化是地面装备在适应航天器结构变化、国内外生产工况变化需求下的必然结果，也是提高地面工装效率、降低成本的必然趋势。功能模块划分地面工装，为标准化系列化定制地面工装、建立国际接口标准积累宝贵经验，并可将模块化设计理念进一步推广应用到航天其他系统中去。

1 Q/W1145—2008卫星总装工艺装备使用、维护要求，院标[S]. 2008

2 赵璐. 航天器大型密封舱垂直进舱工装设计[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 梁灿. 多功能结构系统设计及其MCM实现[D]. 太原：中北大学，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），工程师，材料学专业；研究方向：星船结构部装工艺。

2018-06-06