发射环境： ●起飞和地 面噪声 ●最大气动 载荷 ●稳态飞行 ●级间分离 ●整流罩分 离 ●星箭分离
轨道环境： ●真空 ●热辐射 ●带电粒子 辐射 ●紫外辐射 ●原子核分 子离子 ●微流星和 空间碎片
再入环境： ●再入气动 力和气动热 ●返回冲击
卫星结构设计
卫星结构的
载荷载源荷：分析
●荷 ●源 ●卫稳热动源星态载力结载荷激构的载荷：载●●●热 动静荷载载载分荷荷荷类： 励●源主结构载荷设计 卫星的主结构收到的载 荷在发射或返回阶段最 为严重，需考虑相应的 环境进行主结构设计 ●星载设备设计 低频瞬态载荷和随机振 动进行合理的组合
卫星结构设计 与分析
马佳 2019.01.02
目录
Contents
01
概论
02
技术基础
03
卫星结构
设计
04
05
06
卫星结构 卫星结构 卫星结构
材料
分析 设计验证
卫星结构和机构概 论
●卫星结构和机构的功能
1
● 卫星结构机构设计特
点
●卫星结构机构分类
●卫星结构机构研制程序
卫星结构和机
结构构机概构论功
卫星结构和机
卫星构结概构和论机构的研制
程序 可行性论分 针析 对任 方务 案需中求的，难提点出突初出步攻方关案项设目想， 证阶段 方案阶段① ②方 初案 步设 设计 计和分析
③方案验证
④方案评审
研制程序
初样阶段 ①初样设计分析
②产品实现过程 ③制定验收规范 ④制定试验规范 ⑤鉴定试验 ⑥初样阶段评审
能
承受
紧固
载荷
连接
结构 功能
指向
释放
目标
机构
解锁
功能
提供 构型
安装 设备
展开位 置形状
部件 分离
卫星结构和机
结构构机概构设论计特点和原三化：通
尽量减则
小质量
用化、系 列化、组 合化
满足一
利用有
做到设计 “三化”
次使用
限容积
重视设计 综合性和 迭代性
继承现有 技术基础
保证高 度可靠
设计特 点
认真考虑
突出刚 经济性 度设计
设计 原则
保持最简 设计方案
适应空 间环境
充分考虑 工艺条件
强调设计 风险意识
卫星结构和机 卫星构结概构和论机构的分类
结构 ●按照载荷分类 主结构和次结构 ●按照结构分类 承力结构、密封结构 和防热结构 ●按照部件形状分类 杆系结构、板式结构、 壳体结构
机构 ●压紧释放机构 ●展开机构 ●驱动机构 ●连接分离机构
卫星结构设计
卫星结构的 详细设计
结构轮 廓尺寸 和舱段 尺寸的 确定
确定各 结构部 件的设 计参数
进行故 障模式 影响分 析
设计迭 结 构连接 的设计 参数
设计接 口界面
绘制工 程图样
卫星结构设计
●概述
3
●卫星结构的工作
环境
●卫星结构的载荷
分析
●卫星结构的设计
要求
●卫星结构的方案
设计
●卫星结构的详细
卫星结构设计
卫星结构工 作环境
卫星 寿命
•地面制造 •发射阶段 •在轨运行阶段 •返回阶段
对应 环境
•地面环境 •发射环境 •轨道环境 •再入环境
卫星结构设计
卫星结构工
作环境
地面环境： ●地面自然 环境 ●制造 ●操作 ●储存 ●运输 ●地面试验
纤维多相对为脆性（承力）， 基体相对为韧性（保护、传 递）。
技术基础
结构有限元 卫星法的结构分析目前
主要采用有限元法，尤其 是主要结构部件和整个卫 星的结构分析。
有限元的基本思路是： 将连续体（场）离散为有 限数目互相连接的单元体 （场），并使单元体的特 性集合能够反映将连续体 （场）的整体特性。
卫星结构设计
卫星结构的 方案设计 设计方案的比较和筛
选 ●比较的参数 ●比较的方法
确定方案设计设计条件 和基本构型 ●构型设计 ●主结构方案设计要求 的确定 ●次级结构方案设计要
形成初步方案 对结构进行初步设计和 分析，确定结构整体布 局
选择结构形式和材料 ●结构形式的选择 ●结构材料的选择 ●结构连接方法的选 择
结构优化设 计的数学命 题包括三个 部分： ●设计变量 ●约束条件 ●目标函数
技术基础
计算机辅助
设计方法
结构件的
计算机辅
卫
助造型
星
计 机构的计
算 算机辅助
机
辅
结构有限
助
元分析
制造一体 化
零件造型 装装配配品质 二设C析机检模换A维计构查型D工分和质程析图量几形分何交 建机模构的运动性 运动仿真 结果处理 装零配件结分构析的建 模C计A和算M运和模算后型处准理 备模型转换 数控编程 快速样件制造
正样阶段
①正样设计和正样分析 ②产品实现和验证
③出厂评审
技术基础
●概述
2
● 结构动力学
●复合材料学
●结构有限元法
●结构优化方法
●计算机辅助设计方
法
技术基础
概述
结构动 力学
有限元 法
技术基 础
复合材 料
结构优 化
技术基础
结构动力学
响应分析
参数识别
载荷识别
技术基础
单自由度系 统
0
0
技术基础
复合复材合料材力学料是力研究复合材料本身力学性质的学科，包 括对学材料刚度、强度等基本力学性能的分析。目前在卫星
结构中应用的复合材料一般为纤维复合材料，它具有严重 各向异性。
单向材料
层合材料
复合材料的铺层方式有4个要素：层数，各层纤维角，各 层厚度和各层排列顺序。
技术基础 求，则不希望在复合材料的 结构设计中出现拉弯耦合或 拉 料剪的耦铺学复合设效采合应用材，对料因称此 方力复式合设材计。
纤维复合材料的强度，包括 各跟纤维或纤维束的强度和 同一根纤维沿纤维方向的强 度分布，基体和纤维因裂纹 和缺陷所带来的影响等，具 有随机性质，因此采用统计 力学的方法可能会得到更好 的结果。
结构离散 化
选择位移
函数
有
分析单元 力学特性
限 元
计算等效 节点
分 析
建立整体 过 平衡方程 程
应用条件
求解方程
计算单元 应力应变
技术基础
结构有限元 法
结构力学元件
杆系结构 板式结构 壳体结构
结构有 限单元
杆单元 梁单元 板单元 壳单元
技术基础
结构优化方 法
优化设计
数学规范法 解析法 准则法
线性规划 动态规划 非线性规划 几何规划
卫星结构设计
卫星结构的 基设本计要求要求 强制要求
• 保证结构件 和整星的强 度和刚度
• 运载火箭 • 卫星系统 • 任务环境
导出要求
• 结构变形 • 机械接口 • 可操作性 • 展开附件的
刚度 • 支承结构的
稳定性 • 次级结构寿
命 • 机构的润滑
基本要求是 机构结构设 计中必须始 终遵循的要 求； 强制要求是 由卫星系统 以及其他系 统所需的设 计要求； 导出要求是 卫星各分系 统提出的约 束条件。