一种框架面板式卫星的主框架的制作方法

1.本发明总的来说涉及框架面板式卫星领域。具体而言，本发明涉及一种框架面板式卫星的主框架。


背景技术：

2.传统卫星平台可以根据主载荷不同分为通信平台、遥感平台、导航平台以及科学平台，结合不同的卫星发射方式，各种平台对于卫星构型的约束相差很大，并且多样化的卫星平台数量较少，因此难以形成批生产的能力，从而难以实现低成本。
3.对于以框架面板式结构为主的卫星平台，其主框架形式多样、尺寸多样，因此在设计框架杆件时，通常需要根据卫星主框架的尺寸要求设计出杆件的规格且加工使用一体成型方案。然而采用该技术方案设计制造出的杆件仅适用于单一卫星平台并且长杆加工困难，加工周期长、成本高，难以实现通用化以及低成本。


技术实现要素：

4.为至少部分解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种框架面板式卫星的主框架，包括：
5.框架，其包括多个杆件；以及
6.连接部件，其连接所述框架。
7.在本发明一个实施例中规定，所述杆件被配置为提供大于等于30hz的整星纵向刚度，所述连接部件被配置为造成小于等于0.5hz的刚度损失。
8.在本发明一个实施例中规定，所述框架面板式卫星包括面板；以及
9.所述杆件包括：
10.杆件主体；
11.连接座，其布置在所述杆件主体的两端用于连接所述杆件或者
12.所述连接部件；以及
13.凸台，其布置在所述杆件主体的侧面用于连接所述面板。
14.在本发明一个实施例中规定，所述连接部件包括三通接头。
15.在本发明一个实施例中规定，所述主框架包括方形主框架，其中所述方形主框架包括：
16.横向框架，其构成所述方形主框架的长和宽；以及
17.纵向框架，其构成所述方形主框架的高。
18.在本发明一个实施例中规定，所述横向框架包括多个横向杆件，所述纵向框架包括多个竖向杆件；
19.其中所述横向杆件和所述纵向杆件的杆件主体包括空心圆杆。
20.在本发明一个实施例中规定，所述横向杆件的长度为500mm，所述竖向杆件的长度为300mm，所述横向杆件和所述竖向杆件的杆件主体的外径为35mm，内径为29mm，杆壁厚度
为3mm。
21.在本发明一个实施例中规定，所述框架面板式卫星包括第一主框架，其形成长宽高分别为1190mm、1190mm以及1090mm的包络以用于构造重量小于等于500kg的单舱卫星平台，所述第一主框架包括第一至第八横向框架以及第一至第四纵向框架；
22.其中所述第一至第八横向框架构成所述第一主框架的长和宽，包括2个所述横向杆件；以及所述第一至第四纵向框架构成所述第一主框架的高，包括3个所述竖向杆件。
23.在本发明一个实施例中规定，所述框架面板式卫星包括第二主框架，其形成长宽高分别为1690mm、1190mm以及1090mm的包络以用于构造重量大于500kg并且小于等于800kg的单舱卫星平台，所述第二主框架包括第九至第十六横向框架以及第五至第八纵向框架；
24.其中所述第九至第十二横向框架构成所述第二主框架的长，包括3个所述横向杆件；所述第十三至第十六横向框架构成所述第二主框架的宽，包括2个所述横向杆件；以及所述第五至第八纵向框架构成所述第二主框架的高，包括3个所述竖向杆件。
25.在本发明一个实施例中规定，所述框架面板式卫星包括第三主框架，其包括上平面、中间平面以及中间平面，形成长宽高分别为1190mm、1190mm以及2085mm的包络以用于构造重量大于800kg并且小于等于1000kg的双舱卫星平台，所述第三主框架包括第十七至第二十八横向框架以及第九至第十六纵向框架；
26.其中所述第十七至第二十八横向框架构成所述第三主框架的上平面、中间平面以及中间平面的长和宽，包括2个所述横向杆件；所述第九至第十二纵向框架布置在所述上平面和所述中间平面之间，并且所述第十三至第十六纵向框架布置在所述中间平面和所述下平面之间以构成所述第三主框架的高，所述第九至第十六纵向框架包括3个所述竖向杆件。
27.本发明至少具有如下有益效果：本发明采取模块化、标准化的设计理念，使用单一标准化的杆件以及连接部件，可以构造1吨以内的不同卫星平台的主框架或者应用于更大重量的大型卫星的载荷舱，可以使得卫星的设计成本与制造成本大大降低，从而为卫星平台的批产化、标准化、低成本化打下基础。通过本发明的技术方案，可以使卫星的主框架成本至少降低八成，具有良好的经济效益。
附图说明
28.为进一步阐明本发明的各实施例中具有的及其它的优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
29.图1示出了本发明的一个实施例中框架面板式卫星的主框架的构造方法的逻辑示意图。
30.图2示出了本发明的一个实施例中竖向杆件的结构示意图。
31.图3示出了本发明的一个实施例中横向杆件的结构示意图。
32.图4示出了本发明的一个实施例中连接部件的结构示意图。
33.图5-7分别示出了本发明的实施例中不同包络尺寸的主框架的结构示意图。
34.图8示出了本发明的一个实施例中杆件与连接部件的公差配合示意图。
35.图9示出了本发明的一个实施例中螺纹销的结构示意图。
36.可以理解，图2至图9中对于本发明的实施例的尺寸标注作为一种示例而不应作为对其范围的限制，因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上图所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。
具体实施方式
37.应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
38.在本发明中，除非特别指出，“布置在
…
上”、“布置在
…
上方”以及“布置在
…
之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在
…
上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在
…
下或下方”，反之亦然。
39.在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。
40.在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
41.在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本技术的公开范围或记载范围。
42.在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。
43.另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。
44.下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。
45.框架面板式卫星通常包括主框架以及面板，其中主框架通常包括多个杆件，所述杆件可以承受拉压载荷以提供整星纵向刚度，蜂窝板可以提供整星横向刚度。
46.图1示出了本发明的一个实施例中一个框架面板式卫星的主框架的构造方法的逻辑示意图，如图1所示该方法可以包括下列步骤：
47.确定所述框架面板式卫星的卫星刚度指标。
48.构造杆件，其中包括计算拉压载荷以确定杆件截面尺寸，例如可以确定圆形杆件的外径和内径，其中所述杆件可以提供大于等于30hz的纵向刚度；以及确定所述杆件的长度，所述杆件可以是短杆，在此术语“短杆”是指杆件的长度较短以便适应多种卫星平台的长度要求。杆件通常包括横杆以及纵杆，因此可以分别确定横杆长度和纵杆长度。通过上述构造杆件的步骤可以获得易生产并且成本低的标准化短杆。
49.构造连接部件，所述连接部件可以布置于杆件与杆件的接口以及杆件与面板的接口，所述连接部件所造成的刚度损失可以小于等于0.5hz。
50.对所述杆件以及所述连接部件进行组合式柔性化组装。
51.通过上述方法可以构造得到的框架面板式卫星的主框架，所述主框架包括多个杆
件；以及连接部件，其连接所述框架。所述杆件被配置为提供大于等于30hz的整星纵向刚度，所述连接部件被配置为造成小于等于0.5hz的刚度损失。所述主框架可以适应各种卫星平台，从而可以实现大量批生产，并且通过将杆件分解为标准化短杆，可以降低零件对材料及工艺要求的难度，从而实现主框架的低成本，弥补了传统技术方案的高成本以及难以实现标准化、批产化生产的不足。
52.如图2所示在本发明的一个实施例中提出一个框架面板式卫星的主框架，所述杆件包括：杆件主体201；连接座202，其布置在所述杆件主体的两端用于连接所述杆件或者所述连接部件；以及凸台203，其布置在所述杆件主体的侧面用于连接所述面板。
53.所述主框架包括方形主框架，其中所述方形主框架包括：横向框架，其构成所述方形主框架的长和宽；以及纵向框架，其构成所述方形主框架的高。所述横向框架包括多个横向杆件，所述纵向框架包括多个竖向杆件.
54.图2和图3分别示出了本发明的一个实施例中的竖向杆件以及横向杆件的结构示意图。
55.如图2和图3所示，根据主框架刚度指标要求，并且结合成功的卫星生产经验，所述竖向杆件和横向杆件可以采用铝合金空心圆杆的形式，所述竖向杆件和横向杆件的外径可以为35mm，内径可以为29mm，杆壁厚度可以为3mm。同样杆壁厚度的情况下，更大的外径可以可增大截面面积从而增加抗拉压及抗弯能力，更大的内径可以更易加工。上述竖向杆件和横向杆件可以承载1t重量下10g重力加速度的静态过载，其截面形式经分析满足刚度指标要求，并且经过了卫星试验验证。
56.所述竖向杆件和横向杆件的长度可以适应多种成熟框架面板式卫星本体尺寸及杆件加工工艺的约束，其中所述竖向杆件的总长度可以为300mm，用于组成卫星主结构中的纵向框架；所述横向杆件的总长度可以为500mm，用于组成卫星主结构中的横向框架。对于长径比大的细长杆来说，其刚度较低，在切削过程中容易受切削力、切削热、振动等因素的影响，并且材料成本高，利用率低。在本发明的实施例中，通过将所述竖向杆件和横向杆件的长度规格选用合适的长径比，可以降低对材料及加工工艺要求，大大节约了成本。
57.所述竖向杆件和横向杆件的两端可以具有连接座，所述连接座可以是方形，所述连接座在所述竖向杆件或横向杆件的轴向方向布置有4个通孔，所述通孔的孔径可以为6.5mm。所述通孔可以用于所述竖向杆件或横向杆件与连接部件、以及多个竖向杆件或横向杆件之间的连接，所述连接座在所述竖向杆件和横向杆件的径向方向上还具有第一螺纹孔，所述螺纹孔可以是st5螺纹孔，所述第一螺纹孔可以用于所述竖向杆件和横向杆件与面板的连接。在所述竖向杆件和横向杆件的中段还可以布置有方形凸台，所述凸台上具有第二螺纹孔用于与面板的连接，单个所述竖向杆件或横向杆件可以通过第一或第二螺纹孔同时与两块相垂直的面板连接。
58.图4示出了本发明一个实施例中的连接部件的结构示意图，如图4所示，所述连接部件可以是三通接头。所述三通接头的材料包括铝合金，接头处可以具有4个第三螺纹孔，所述第三螺纹孔可以通过所述通孔与所述竖向杆件或横向杆件两端的所述连接座匹配连接，以便在关节处连接各个杆件，从为卫星主框架提供连接以及支撑作用。
59.杆件与杆件以及杆件与连接部件的连接方式可以为螺纹孔、通孔以及螺钉配合连接，配合间隙最大可以为0.5mm。由于杆件和杆件、接头在组装后需要保证整体精度，采用的
螺钉可以是如图9所示的螺纹销，并且如图8和图9所示选用h7/h6配合公差以便保证定位精度。
60.另外在本发明的实施例中可以针对不同卫星任务以及载荷配置来调整所使用的所述竖向杆件和横向杆件的数量以形成不同构型的卫星平台，发明人经过对1吨以内成熟框架面板式卫星平台的研究分析，结合卫星发射的运载选择，提出三种普遍适用的卫星主框架技术方案：
61.图5示出了第一主框架的结构示意图，其形成长宽高分别为1190mm、1190mm以及1090mm的包络以用于构造重量小于等于500kg的单舱卫星平台，所述第一主框架包括第一至第八横向框架以及第一至第四纵向框架；
62.其中所述第一至第八横向框架构成所述第一主框架的长和宽，包括2个所述横向杆件；以及所述第一至第四纵向框架构成所述第一主框架的高，包括3个所述竖向杆件。在此，术语“包络”是指所述第一至第八横向框架以及第一至第四纵向框架包围形成的内空间的体积。
63.图6示出了第二主框架的结构示意图，其形成长宽高分别为1690mm、1190mm以及1090mm的包络以用于构造重量大于500kg并且小于等于800kg的单舱卫星平台，所述第二主框架包括第九至第十六横向框架以及第五至第八纵向框架；
64.其中所述第九至第十二横向框架构成所述第二主框架的长，包括3个所述横向杆件；所述第十三至第十六横向框架构成所述第二主框架的宽，包括2个所述横向杆件；以及所述第五至第八纵向框架构成所述第二主框架的高，包括3个所述竖向杆件。
65.图7示出了第三主框架的结构示意图，其包括上平面、中间平面以及中间平面，形成长宽高分别为1190mm、1190mm以及2085mm的包络以用于构造重量大于800kg并且小于等于1000kg的双舱卫星平台，所述第三主框架包括第十七至第二十八横向框架以及第九至第十六纵向框架；
66.其中所述第十七至第二十八横向框架构成所述第三主框架的上平面、中间平面以及中间平面的长和宽，包括2个所述横向杆件；所述第九至第十二纵向框架布置在所述上平面和所述中间平面之间，并且所述第十三至第十六纵向框架布置在所述中间平面和所述下平面之间以构成所述第三主框架的高，所述第九至第十六纵向框架包括3个所述竖向杆件。
67.本发明的实施例中提出一种标准化、模块化的小型杆件技术方案，可以解决传统细长杆加工工艺难及成本高的问题，并且可以更容易实现标准化生产。其中可以将杆件任意组装成适应承载1吨以内、不同类型卫星平台的自适应卫星主框架。采用本发明的技术方案可以适用于各种卫星平台，满足批生产数量需求。
68.本发明的实施例中的技术方案还具有如下有益效果：本发明可以适用于多种卫星平台以便实现批生产；本发明的杆件采用标准化以及小尺寸化的设计使得产品更易批产化，降低了制造成本以及制造周期，预计成本可降低八成以上；本发明可以节约卫星总设计人员的设计时间，允许快速迭代设计出适用不同类型卫星及运载包络的主框架构型；本发明的主框架的连接部件采用标准化的接口，使得卫星装配难度降低，允许自动化装配，同时统一了地面工装接口，降低了组装周期及工装成本；本发明可以实现各杆件之间的高精度复位，从而保证整面装配精度，实现框架与面板之间的高精度配合；另外，本发明还可以应用于应用于3t以上大卫星平台载荷功能舱，实现载荷舱主结构标准化及柔性化。
69.本发明使用标准化规格的零部件就能够组装成数种不同卫星平台的主框架，满足不同任务的发射。高程度的标准化、模块化设计为卫星平台的构建提供了新的有效方法，大大降低了卫星的设计成本以及制造成本，同时降低了装配复杂程度，缩短了卫星的生产周期，为1t以下卫星柔性化、标准化、批产化生产奠定了基础。
70.尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

技术特征：
1.一种框架面板式卫星的主框架，其特征在于，包括：框架，其包括多个杆件；以及连接部件，其连接所述框架。2.根据权利要求1所述的框架面板式卫星的主框架，其特征在于，所述杆件被配置为提供大于等于30hz的整星纵向刚度，所述连接部件被配置为造成小于等于0.5hz的刚度损失。3.根据权利要求2所述的框架面板式卫星的主框架，其特征在于，所述框架面板式卫星包括面板；以及所述杆件包括：杆件主体；连接座，其布置在所述杆件主体的两端用于连接所述杆件或者所述连接部件；以及凸台，其布置在所述杆件主体的侧面用于连接所述面板。4.根据权利要求2所述的框架面板式卫星的主框架，其特征在于，所述连接部件包括三通接头。5.根据权利要求3所述的框架面板式卫星的主框架，其特征在于，所述主框架包括方形主框架，其中所述方形主框架包括：横向框架，其构成所述方形主框架的长和宽；以及纵向框架，其构成所述方形主框架的高。6.根据权利要求5所述的框架面板式卫星的主框架，其特征在于，所述横向框架包括多个横向杆件，所述纵向框架包括多个竖向杆件；其中所述横向杆件和所述纵向杆件的杆件主体包括空心圆杆。7.根据权利要求6所述的框架面板式卫星的主框架，其特征在于，所述横向杆件的长度为500mm，所述竖向杆件的长度为300mm，所述横向杆件和所述竖向杆件的杆件主体的外径为35mm，内径为29mm，杆壁厚度为3mm。8.根据权利要求7所述的框架面板式卫星的主框架，其特征在于，包括第一主框架，其形成长宽高分别为1190mm、1190mm以及1090mm的包络以用于构造重量小于等于500kg的单舱卫星平台，所述第一主框架包括第一至第八横向框架以及第一至第四纵向框架；其中所述第一至第八横向框架构成所述第一主框架的长和宽，包括2个所述横向杆件；以及所述第一至第四纵向框架构成所述第一主框架的高，包括3个所述竖向杆件。9.根据权利要求7所述的框架面板式卫星的主框架，其特征在于，包括第二主框架，其形成长宽高分别为1690mm、1190mm以及1090mm的包络以用于构造重量大于500kg并且小于等于800kg的单舱卫星平台，所述第二主框架包括第九至第十六横向框架以及第五至第八纵向框架；其中所述第九至第十二横向框架构成所述第二主框架的长，包括3个所述横向杆件；所述第十三至第十六横向框架构成所述第二主框架的宽，包括2个所述横向杆件；以及所述第五至第八纵向框架构成所述第二主框架的高，包括3个所述竖向杆件。10.根据权利要求7所述的框架面板式卫星的主框架，其特征在于，包括第三主框架，其包括上平面、中间平面以及中间平面，形成长宽高分别为1190mm、1190mm以及2085mm的包络以用于构造重量大于800kg并且小于等于1000kg的双舱卫星平台，所述第三主框架包括第十七至第二十八横向框架以及第九至第十六纵向框架；
其中所述第十七至第二十八横向框架构成所述第三主框架的上平面、中间平面以及中间平面的长和宽，包括2个所述横向杆件；所述第九至第十二纵向框架布置在所述上平面和所述中间平面之间，并且所述第十三至第十六纵向框架布置在所述中间平面和所述下平面之间以构成所述第三主框架的高，所述第九至第十六纵向框架包括3个所述竖向杆件。

技术总结
本发明涉及框架面板式卫星技术领域，提出一种框架面板式卫星的主框架，其特征在于，包括：框架，其包括多个杆件；以及连接部件，其连接所述框架。本发明采取模块化、标准化的设计理念，使用单一标准化的杆件以及连接部件，可以用于构造1吨以内的不同卫星平台的主框架或者用于更大重量的大型卫星的载荷舱，可以使得卫星的设计成本与制造成本大大降低，从而为卫星平台的批产化、标准化、低成本化打下基础。通过本发明的技术方案，可以使卫星的主框架成本至少降低八成，具有良好的经济效益。具有良好的经济效益。具有良好的经济效益。


技术研发人员：程泽崧 沈苑 蒋桂忠 陈鸿程 田艳 曹冬冬 刘佳伟 解放 管淑君
受保护的技术使用者：上海微小卫星工程中心
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2023/6/4