解析區間遙測儀表構造預設的主要技藝
結構設計的合理性及解決途徑空間遙感儀器結構復雜,性能要求高,考慮發射成本和低功耗的要求,具有高強度、高結構剛度,輕質量的特點,因此一般采取薄壁結構或蜂窩板復合結構;材料選擇高強度、輕質量的材料,這樣在靜態強度、動態振動條件下都會產生不利影響。如何在有限的質量指標、成本預算和滿足設計規范的前提下,選用合適的材料和采用最優化的結構形式,來保證儀器具有合適的剛度和強度,這就是結構設計的合理性要求。
傳統的設計方法是在設計人員技術調研的基礎上,根據經驗和判斷去提出設計方案,然后進行具體的結構設計,隨后對給定的設計方案作力學的分析,校驗是否可行,最后通過各種試驗加以驗證。
隨著航天技術的發展,遙感儀器結構日趨大型、復雜和柔性化。一些新型材料已開始應用于儀器結構,使結構設計的參數大大增加,復雜、柔性結構對整體性能的影響很難憑直覺判斷。而傳統方法由于不允許作太多的調整和迭代計算,因此得出的設計方案不可能達到最優。
對于此項關鍵技術,采用以局部或整個機械系統為對象的動態設計方法進行設計是一種有效的解決途徑。其中一項具體的發展方向是采用優化設計方法[1,2],又稱“機構綜合法”,它要綜合考慮結構的性能、材料及加工工藝的約束條件,來獲得某一個或幾個設計目標的最優結果。結構優化問題的求解過程如圖1所示。
由于高速計算機的發展和有限元方法的日益成熟,為結構優化設計提供了重要手段,促進了結構優化技術發展。
當然物理試驗驗證的方法在空間遙感儀器的結構設計中也是必不可缺的,它還是檢驗儀器可靠性的最有效方法。目前仿真模擬技術也正在蓬勃發展,通過建立儀器的虛擬樣機,通過分析軟件可以進行整個系統級的分析―――虛擬樣機分析,在相當程度上彌補了物理試驗的不足并縮短試驗周期。
除了采用結構優化設計方法以外,大量新型復合材料的出現,使儀器結構部分質量比例下降,結構更加合理可靠。
運動部件的可靠性設計運動部件的可靠性是制約空間遙感儀器長壽命可靠工作的關鍵,也是結構設計工作中的一項難點。發生的問題主要集中體現在運動部件的潤滑失效導致運動失效,以及由于磨損導致運動穩定度變化。由于運動機構潤滑不良而造成“卡死”是造成儀器失效的主要原因之一[4,5]。
綜合目前技術發展,可以從以下十個方面采取相應措施來提高可靠性。密封設計方案運動部件的良好潤滑是可靠性的關鍵,如果儀器整體或局部能夠采用氣密封結構,在真空狀態下漏率很小,使內部保持常壓狀態,那么其中的運動部件就可以使用常壓下的潤滑方法,使運動部件可靠性大大增加。
軸系結構設計合理的軸系結構可有效提高軸承等運動部件的可靠性。對于深溝球軸承,可以采用傳統的兩端支撐結構,而對于采用角接觸球軸承支撐的,推薦采用以下兩種軸系結構。2所示結構采用內圈分離性軸承背對背安裝支撐,這種軸系的優點是可以通過分別測量兩個軸承的加載變形量來修磨隔套,從而實現正確加載預緊力,加載比較準確和均勻,可延長軸承的使用壽命。這種軸系結構要求軸系材料一致或膨脹系數相差不大,防止溫度變化造成軸承的過載或卸載。
熱控結構設計熱控結構是空間遙感儀器機械結構的重要組成部分,大部分儀器設備要求處于習慣上的常溫范圍。如(0-45)℃或(-20-40)℃。少數精密電子元件、光學器件不僅需要合適的溫度,而且要求溫度波動幅度小;有些儀器對溫度變化速率有所限制,有些儀器對自身各個部分的溫度梯度有苛刻要求。
由于熱控結構的故障,造成空間儀器不能正常工作的實例很多,如早期發射的多顆自旋穩定通信衛星,都因為消旋軸承溫度偏低,轉矩過大,發生軸承卡死的現象。中國糧油儀器網 http://www.pc256.com/