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空间探测器安装部件设计及热—结构耦合分析

李岩  
【摘要】: 空间探测仪器的安装部件,是探测器的重要组成部分,安装部件设计合理与否,将直接影响探测器的测量精度及仪器的静、动态特性。另外对于空间探测仪器,一个重要的设计原则是千方百计降低仪器的重量,以满足发射与搭载要求。本文针对空间探测用磁强计、极紫外成像仪(EUVE)两种仪器的工作特性,设计了不同的安装部件,并对其进行了极端环境下的热—结构耦合分析,使其在满足仪器测量精度与机械强度的前提下,实现重量最轻的要求。 本文首先依据仪器的工作原理与重量最轻原则,设计了磁强计探头安装底座及极紫外(EUV)成像仪入射窗、外筒的几何形状,选择了合适的材料,完成了安装部件的结构设计。 为了得到磁强计和EUVE在发射过程中及空间极端条件下的应力变形特征,采用有限元方法,根据所研究的对象的物理特性及力学特性,确定了各种物理系数,初始条件,边界条件,建立了磁强计底座和EUVE入射窗、外筒有限元模型,利用现代分析软件ANSYS程序对其分别进行了热—结构耦合分析、静力结构分析,得到了底座、入射窗及外筒在典型工况下的应力、应变分布,确定了高应力、高位移区域,为分析安装部件设计的合理性提供可靠依据。 通过对EUVE外筒不同壁厚和不同过渡圆角的结构设计做应力分析,计算了EUVE外筒应变对探头测量精度的影响,确定了该结构的最佳设计尺寸。


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