航天器高稳定结构热变形分析与试验验证方法研究.pdf

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1、V01．23No．2航天器工程第23卷第2期!!篁!垒篁兰篁垦垒!三兰些鱼!些兰兰曼!些篁!!!!篁!旦航天器高稳定结构热变形分析与试验验证方法研究刘国青阮剑华罗文波白刚(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要航天器高稳定结构研制须探讨微米级结构热变形仿真分析与试验验证工作，以满足空间环境交变温度载荷下结构微变形要求。根据机热一体化设计的特点，提出机热一体化分析方法进行机、热载荷交互，机、热温度场交互过程由手动赋值的几天时间缩短至几分钟，且映射误差小于1℃。基于数字图像相关测量技术，采用高稳定结

2、构微米级变形的非接触式测试方法进行试验验证。结果显示，文章中的高稳定结构在轨热变形为2～30肚m。文章提出的分析与试验验证方法，可为航天器高稳定结构设计及验证提供参考。关键词航天器高稳定结构；热变形分析；微变形；热稳定试验；非接触测量；数字图像相关中图分类号：V414．3文献标志码：ADoI：10．3969／j．issn．1673—8748．2014．02．011ResearchonThermalDeformationAnalysisandTestVerificationMethodforSpacecra

3、ftHigh。stabilityStructureLIUGuoqingRUANJianhuaLUOWenboBAIGang(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Inordertosatisfytherequirementofmicro—deformationinaerospace，theanalysisandtestofthermaldeformationarenecessarytodevel

4、opthespacecrafthigh—stabilitystructure．Accordingtothemechanicalthermalintegrateddesign，amechanicalthermalintegratedanalysismethodisintroduced．Fromseveraldaystojustseveralminutes，thetimeneededformappingtemperaturebetweenmechanicalanalysisandthermalanalysis

5、isreducedsignificantly，andmap—pingerroriswithin1℃．Micro—deformationmeasurementbasedondigitalimagecorrelationmeasurementtechniqueisdemonstrated．Resultsofthethermaldeformationtestshowthatther—maldeformationofthehigh—stabilitystructureintroducedinthispaperis

6、2～30／im．Themethodofanalysisandverificationcanplayanimportantroleinhigh—stabilitystructuredesign．Keywords：spacecrafthigh—stabilitystructure；thermaldeformationanalysis；micro—deformation；thermalstabilitytest；non—contactmeasurement；digitalimagecorrelation1引言为

7、满足航天器高分辨率有效载荷设计及安装要求，航天器必须具备高稳定的结构安装平台，安装平台既起支撑连接作用，又要具备耐受真空、温变影响的高稳定性[13。高稳定结构在满足刚度、强度要求的基础上，应进一步满足空间环境交变温度载荷下收稿日期：2013—0509；修回日期：2013—08—05基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：刘国青，男，工程师，从事航天器结构设计及验证工作。Email：liuguoqin92011@163．coin。第2期刘国青等：航天器高稳定结构热变形分析与试验验证方法研究65结构微变形要求

8、。因此，高稳定结构研制须解决结构热稳定性的仿真分析与试验验证的问题。在仿真分析方面，虽然计算方法已较为成熟瞳{]，但依然要进一步探讨如何实现机、热载荷的精确交互及在轨多工况快速分析；在试验验证方面，须通过热稳定性试验验证高稳定结构热稳定性设计，并为仿真模型修正提供依据。国内可进行高精度位移或角度测量的系统包括电子经纬仪、激光雷达、高速摄影系统和光纤应力应变测量系统等，这些设备的常规测量方法已无法满足全场热变形微米级测试精度要求