一种通用的航天器设备安装支架参数化构型设计方法技术

一种通用的航天器设备安装支架参数化构型设计方法，其包括步骤如下：步骤S1，根据航天器设备安装支架的功能，对航天器设备安装支架的功能组成要素进行分解；步骤S2，设定航天器设备安装支架的基础构型，确定基础构型的关键几何特征，提取关键几何特征的尺寸参数，得到航天器设备安装支架的参数化构型；步骤S3，以减重为目标，自动调整尺寸参数驱动航天器设备安装支架的参数化构型变化，获得航天器设备安装支架的轻量化构型。本发明专利技术的方法解决构型设计难度高、设计过程复杂、几何模型修改工作量大、优化设计结果不直观等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种通用的航天器设备安装支架参数化构型设计方法
本专利技术涉及一种支架产品构型设计方法。
技术介绍
航天器设备安装支架为航天器设备提供合适的安装界面并保障其功能实现的结构件。航天器上支架种类多、数量大且通用性较差，因此支架新研需求强烈。另外，支架大多采用铝合金或镁合金等金属材料制造而成，总重量较大，支架设计通常要求减重优化。支架构型设计是减重设计的重要途径之一。当前，航天器设备支架构型设计一般采用以下两种设计思路：(1)基于经验的设计，继承现有的构型方案并在此基础上根据需要进行适应性修改，专利《一种轻量化10N支架》(CN201420198648.X)、专利《一种一体化星敏感器支架》(CN201820888051.6)、专利《一种整体安装式星敏感器支架》(CN201220617104.3)、《一种星上运动部件远端监视相机支架》(CN201420077249.8)和《一种新型动量轮安装支架》(CN201420261795.7)描述的支架构型设计均属于这一类；(2)基于结构优化的设计，应用拓扑优化技术、形状优化技术或尺寸优化技术进行支架构型全新设计，专利《一种一体化桁架式地球敏感器支架》(CN201721839887.9)和专利《一种框架支撑式的大容量氦气瓶支架》(CN201621070542.7)描述的支架设计均属于这一类。从减重设计效率的角度分析，两种设计思路均存在不足之处。对于前者，继承的构型方案不一定能够较好的适应新支架的使用工况，而且对于部分构型有调整需求的情形，根据经验调整特征尺寸并通过力学分析判断调整量对提升设计指标是否有效的减重寻优过程是低效的；对于后者，虽然前述的结构优化方法已被证明在结构轻量化寻优方面是有效的，但这些方法受到有限元模型本身的局限性，存在的设计变量类型有限、优化模型建模复杂、优化结果不能真正代表实际几何特征状态、优化过程繁琐等问题仍不能忽视。另外，两种设计思路实施时关注的重点是几何特征，任何涉及几何特征的修改操作，往往需要重建几何模型并在此基础上开展进一步的优化迭代或力学分析工作，整个环节步骤繁琐、工作量大。综上所述，现有航天器设备安装支架设计流程不能高效、便捷地进行新型支架构型减重设计。为应对当前航天器支架大数量且轻量化的设计需求，迫切需要一种通用的、高效的、几何特征可参数驱动的航天器设备安装支架减重设计方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对采用金属材料的一体化构型形式的航天器设备安装支架设计需求，克服现有技术的不足，提供一种通用的航天器设备安装支架参数化构型设计方法，提供通用的航天器设备安装支架以及一组影响构型形式的关键特征(参数)，解决构型设计难度高、设计过程复杂、几何模型修改工作量大、优化设计结果不直观等问题。本专利技术进一步解决的技术问题是提供一种参数化的几何模型，通过计算机程序自动寻优，实现支架减重优化设计。本专利技术所采用的技术方案是：通用的航天器设备安装支架参数化构型设计方法，包括步骤如下：步骤S1，根据航天器设备安装支架的功能，对航天器设备安装支架的功能组成要素进行分解；步骤S2，设定航天器设备安装支架的基础构型，确定基础构型的关键几何特征，提取关键几何特征的尺寸参数，得到航天器设备安装支架的参数化构型；步骤S3，以减重为目标，自动调整尺寸参数驱动航天器设备安装支架的参数化构型变化，获得航天器设备安装支架的轻量化构型。步骤S1中，根据支架功能，将航天器设备安装支架划分为设备安装模块、支架安装模块和支撑模块；其中，设备安装模块用于设备与安装支架之间的连接；支架安装模块用于航天器设备安装支架与航天器主结构之间的连接；支撑模块用于连接设备安装模块和支架安装模块；步骤S2的具体步骤如下：设计设备安装模块参数化构型：1)设定设备安装模块的基础构型；设备安装模块的基础构型为中心或侧边带开口的多边形框架结构，开口为矩形或圆形两种形式；2)将影响设备安装模块力学性能和质量的几何特征确定为关键几何特征，包括安装面厚度、安装面多边形边长、安装面矩形开口边长、安装面矩形开口圆角、安装面圆形开口半径；3)提取步骤2)中关键几何特征的尺寸作为设备安装模块的基础构型的优化设计参数，得到设备安装模块参数化构型。设计支撑模块参数化构型：1)设定支撑模块的基础构型；支撑模块的基础构型为横截面为多边形且横截面为中空的框架结构，支撑模块的侧壁设计成带有若干三角形开口的结构形式，三角形开口的顶点设置为圆角，将相邻三角形开口之间的边框作为侧壁的加强结构；2)将影响模块力学性能和质量的几何特征确定为关键几何特征，包括侧壁厚度、加强结构与四周边框之间的夹角、加强结构的宽度、四周边框的宽度；3)提取步骤2)中关键几何特征的尺寸作为支撑模块的基础构型的优化设计参数，得到支撑模块参数化构型。设计支架安装模块参数化构型：1)设定支架安装模块的基础构型；支架安装模块的基础构型为若干带加强筋的安装角盒，安装角盒设置在支撑模块底部；2)将影响模块力学性能和质量的几何特征确定为关键几何特征，包括安装角盒的底面厚度、两侧加强筋厚度和加强筋角度；3)提取步骤2)中关键几何特征的尺寸作为支架安装模块的优化设计参数，得到支架安装模块参数化构型。步骤S3，以航天器设备安装支架重量为目标，根据约束条件进行参数优化，得到航天器设备安装支架的轻量化构型。约束条件为满足如下条件的任一条或两条都满足：A、以航天器设备安装支架强度不高于航天器设备安装支架材料屈服强度；B、航天器设备安装支架与设备组合体刚度不低于140Hz。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术的方法降低构型设计难度，本专利技术方法在继承现有支架构型设计经验基础上，提供一种通用的、参数驱动的构型基础方案，通过手动或根据寻优策略自动调整参数取值即可完成减重优化，极大降低了支架构型设计难度以及对设计师工程经验的依赖程度；(2)本专利技术的方法通用性强，本专利技术方法具有很好的操作性和通用性，尤其适用于采用金属材料的一体化构型形式的航天器设备安装支架设计；(3)本专利技术的方法建模效率高，本专利技术方法创建支架的构型特征与参数直接相关，修改参数值即可快速获得所需的几何模型，满足产品系列化、快速建模的要求，加快产品设计进度；(4)本专利技术的方法建模过程易于标准化，本专利技术方法固化了支架建模流程，统一了建模步骤，易于形成标准化操作；特别是一种通用的参数化基础构型设计方法，可通过参数调整实现构型优化，广泛适用于采用金属材料的一体化构型形式的航天器设备安装支架减重设计，(5)本专利技术的方法模型规范性好，本专利技术方法遵循航天器结构设计准则与建模规范，保证支架设计方案具有良好的规范性。附图说明图1为本专利技术的航天器设备安装支架参数化构型设计方法图；图2为本专利技术的航天器设备安装支架参数化构型设计实施流程图；图3(a)为典型的航天器设备安装支架基础构型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通用的航天器设备安装支架参数化构型设计方法，其特征在于，包括步骤如下：/n步骤S1，根据航天器设备安装支架的功能，对航天器设备安装支架的功能组成要素进行分解；/n步骤S2，设定航天器设备安装支架的基础构型，确定基础构型的关键几何特征，提取关键几何特征的尺寸参数，得到航天器设备安装支架的参数化构型；/n步骤S3，以减重为目标，自动调整尺寸参数驱动航天器设备安装支架的参数化构型变化，获得航天器设备安装支架的轻量化构型。/n

【技术特征摘要】
1.一种通用的航天器设备安装支架参数化构型设计方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤S1，根据航天器设备安装支架的功能，对航天器设备安装支架的功能组成要素进行分解；
步骤S2，设定航天器设备安装支架的基础构型，确定基础构型的关键几何特征，提取关键几何特征的尺寸参数，得到航天器设备安装支架的参数化构型；
步骤S3，以减重为目标，自动调整尺寸参数驱动航天器设备安装支架的参数化构型变化，获得航天器设备安装支架的轻量化构型。


2.根据权利要求1所述的一种通用的航天器设备安装支架参数化构型设计方法，其特征在于，步骤S1中，根据支架功能，将航天器设备安装支架划分为设备安装模块、支架安装模块和支撑模块；其中，设备安装模块用于设备与安装支架之间的连接；支架安装模块用于航天器设备安装支架与航天器主结构之间的连接；支撑模块用于连接设备安装模块和支架安装模块。


3.根据权利要求1或2所述的一种通用的航天器设备安装支架参数化构型设计方法，其特征在于，步骤S2中，设定航天器设备安装支架的基础构型包括设计设备安装模块参数化构型、设计支撑模块参数化构型、设计支架安装模块参数化构型。


4.根据权利要求3所述的一种通用的航天器设备安装支架参数化构型设计方法，其特征在于，设计设备安装模块参数化构型的方法如下：
1.1)设定设备安装模块的基础构型；设备安装模块的基础构型为中心或侧边带开口的多边形框架结构，开口为矩形或圆形两种形式；
1.2)将影响设备安装模块力学性能和质量的几何特征确定为关键几何特征，包括安装面厚度、安装面多边形边长、安装面矩形开口边长、安装面矩形开口圆角、安装面圆形开口半径；
1.3)提取步骤1.2)中关键几何特征的尺寸作为设备安装模块的基础构型的优化设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：李修峰，高令飞，刘正山，王伟，高秀会，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11