嫦娥四號中繼衛(wèi)星斜裝動量輪支架優(yōu)化設(shè)計的詳細說明

　　行業(yè)：航空航天

　　挑戰(zhàn)：如何實現(xiàn)輕量化設(shè)計并保證優(yōu)化設(shè)計結(jié)果的工藝性及美觀性。

　　Altair解決方案：

　　運用Altair Inspire進行拓撲優(yōu)化設(shè)計，得到輕量化的設(shè)計結(jié)果；并利用PolyNURBS模塊進行建模，得到可以直接3D打印制造的設(shè)計模型。

　　優(yōu)點

　　· 提升設(shè)計效率，節(jié)約大量時間；

　　· 設(shè)計模型與制造流程銜接更流暢；

　　· 輕量化設(shè)計，降低發(fā)射費用成本。

　　一直以來，人類看到的都是月球的同一面，使我們對月球背面的場景充滿了好奇。因此，探測月球“背面”成為航天事業(yè)中的一個熱點和難點問題。令人欣喜的是，由航天東方紅衛(wèi)星有限公司參與研制的中國嫦娥四號中繼衛(wèi)星在今年成功發(fā)射，這將有助于人類進一步揭開月球背面的神秘面紗。本次發(fā)射的嫦娥四號中繼衛(wèi)星工作軌道位于深空高軌，且還有兩個微小衛(wèi)星搭載發(fā)射，動量輪支架屬于該衛(wèi)星上重量較重的組件之一，為了實現(xiàn)減重，特對斜裝動量輪支架展開輕量化設(shè)計。通過應(yīng)用Altair公司的Altair Inspire對衛(wèi)星斜裝動量輪支架進行優(yōu)化及改進設(shè)計，將設(shè)計思路由原來的“先設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)再校核產(chǎn)品性能”轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋却_定產(chǎn)品性能，再通過拓撲優(yōu)化手段得出產(chǎn)品最終結(jié)構(gòu)”，為衛(wèi)星斜裝動量輪支架的結(jié)構(gòu)方案選型提供了依據(jù)。

　　挑戰(zhàn)

　　首先，在運載發(fā)射能力受限的情況下，嫦娥四號中繼衛(wèi)星的重量指標(biāo)異常嚴(yán)格，因此亟需開展輕量化產(chǎn)品設(shè)計。對重量較重的斜裝動量輪支架的優(yōu)化設(shè)計，意味著進一步提升了衛(wèi)星載荷的可用重量，降低衛(wèi)星發(fā)射的成本。其次，在嫦娥四號中繼衛(wèi)星上，動量輪是非常重要的姿控執(zhí)行部件，其安裝精度直接影響衛(wèi)星姿控。作為支撐動量輪的斜裝動量輪支架，傳統(tǒng)設(shè)計制造的方式是由鋁合金棒料機械加工而成的整體式薄壁零件，該結(jié)構(gòu)形式的支架減重設(shè)計是在側(cè)壁上開形狀規(guī)則的減重孔及減小壁厚，存在壁厚太薄及減重孔太多時，支架加工過程容易發(fā)生變形，最終成形精度難以保證的問題。如何實現(xiàn)斜裝動量輪支架減重的同時，仍滿足其機械接口、安裝約束、剛度、強度等各項指標(biāo)，甚至兼顧來自拓撲優(yōu)化設(shè)計結(jié)果的工藝性及美觀性？這些都是擺在衛(wèi)星斜裝動量輪支架設(shè)計工程師們面前的種種挑戰(zhàn)。 “通過Altair Inspire優(yōu)化設(shè)計的衛(wèi)星斜裝動量輪支架，在加工完成后，安裝動量輪后在衛(wèi)星上安裝。同時，按照衛(wèi)星產(chǎn)品的研制規(guī)范，接受了上星驗證、力學(xué)驗證、飛行驗證等各項航天級環(huán)境試驗，并隨嫦娥四號中繼衛(wèi)星成功飛行。目前該衛(wèi)星已經(jīng)成功入軌，狀態(tài)良好，開始執(zhí)行既定任務(wù)?！?/p>