[发明专利]一种桁架杆系结构设计

说明书

本发明涉及一种桁架杆系结构设计，属于航天器结构技术领域。本发明涉及桁架杆系结构设计，适用于包含复杂杆系结构的航天器的具体杆件结构设计和地面装配工艺实现。本发明根据复杂杆系结构的应用特点和承载及装配需求，针对典型的航天器杆系结构本体组成，通过开展杆件小接头与杆系大接头连接间距的特殊设计、杆件小接头与杆系大接头拆装方案设计，以及杆件本体和两端小接头胶接固化时机设计，获得同时满足结构大承载和有限空间内复杂装配需求的一种桁架杆系结构，具有结构传力路径适应性强、大承载、轻量化等特点，而且该桁架杆系结构组合体易于实现模块化、结构可扩展的特殊应用需求。

技术领域

本发明属航天器结构技术，具体涉及一种可以用于复杂桁架构型且具有较高连接精度要求的桁架杆系结构设计。

背景技术

杆系结构是航天器结构的主要形式之一，最为典型的应用包括国际空间站和自由号空间站的主桁架、哈勃太空望远镜筒体内部的桁架等，此外还包括航天器上的部分次级结构，比如平面阵天线的支撑桁架、太阳电池阵的连接架等等。杆系结构应用中，又分为桁架结构和刚架结构。由于设计与工艺约束，实际杆系结构很少是真正意义上的桁架结构。尽管如此，考虑到杆系结构的承载优势在于其对于拉压载荷的承受能力，实际桁架杆系在应用时仍是通过设计手段使得杆本身尽量承受单一的拉压载荷，而杆系结构需要承受的弯矩、剪力等通常由杆件两端的连接接头以及杆件上与接头连接的局部结构来承担。

为保证杆件本身仅承受拉压载荷，同时为避免设计复杂的球轴承或特殊接头的理想铰接形式，目前比较常见的是杆件通过本体两端的小接头与杆系结构的大接头采用销配合的形式实现连接(其中杆件本体与小接头一般通过胶接或螺接的形式实现连接)。由于销配合精度较高，以常见的规格的H7/g6配合类型为例，销孔配合精度为0～+0.018，因此杆件与其两端接头只能采用配合制孔。由于杆系结构较为复杂时，航天器结构部装状态结构空间有限，使得销孔配制操作无法在航天器部装状态进行，因此需要将杆件与接头从杆系结构拆下后进行操作。

同时，关于杆件结构的反复拆装，对于常规杆件，其两端小接头规格相同，其与杆本体装配状态一致，即杆件从杆系结构拆装时仅需要单一的拆装运动路径。对于特殊杆件，其两端小接头状态不一致时，尤其是表现为杆件两端小接头与杆系大接头安装面异面时，则杆件两端无法同时从杆系中拆下，从而无法满足拆下进行便捷的销孔配制操作，最终导致复杂杆系难以实现高精度连接。

综上，相对于复杂杆系状态，常规的杆系结构设计具有以下不足：

(1)由于难以满足复杂杆系在有限装配空间下的装配需求，导致其可装配的杆件数量有限，且无法满足杆系结构高精度连接配合的需求。

(2)难以满足复杂杆系的灵活连接设计需求，导致其无法满足特殊桁架杆的大承载传力与设计实现的需求。

发明内容

(1)技术问题

本发明解决的技术问题是：复杂杆系结构在有限装配空间下，须同时满足杆件数量多、杆件安装方位复杂、高精度装配以及大承载传力的需求。

(2)技术方案

基于复杂杆系导致连接状态复杂、杆系装配空间有限以及特殊桁架杆的应用需求，针对桁架杆件两端小接头方向不同的特殊桁架杆件，采用杆件本体与两端小接头连接时的特殊配合长度设计，从而满足杆件与杆系大接头的销孔配制需求。

本发明所述的杆系结构，由多个桁架杆件、杆系件连接的桁架大接头组成，杆件则由杆本体、两端的小接头组成，在杆系结构中，桁架杆通过其上的小接头与大接头连接，最终完成杆系结构的装配。

本发明所述的杆系结构，杆本体与小接头通过胶接实现连接，胶接配合长度d₁根据杆件承受的拉压载荷P、配合面直径D以及粘接用胶的胶接强度σ计算所得，即d₁须满足关系式：π×D×d₁×σ≥P。