嫦娥四号中继卫星斜装动量轮支架优化设计的详细说明

　　行业：航空航天

　　挑战：如何实现轻量化设计并保证优化设计结果的工艺性及美观性。

　　Altair解决方案：

　　运用Altair Inspire进行拓扑优化设计，得到轻量化的设计结果；并利用PolyNURBS模块进行建模，得到可以直接3D打印制造的设计模型。

　　优点

　　· 提升设计效率，节约大量时间；

　　· 设计模型与制造流程衔接更流畅；

　　· 轻量化设计，降低发射费用成本。

　　一直以来，人类看到的都是月球的同一面，使我们对月球背面的场景充满了好奇。因此，探测月球“背面”成为航天事业中的一个热点和难点问题。令人欣喜的是，由航天东方红卫星有限公司参与研制的中国嫦娥四号中继卫星在今年成功发射，这将有助于人类进一步揭开月球背面的神秘面纱。本次发射的嫦娥四号中继卫星工作轨道位于深空高轨，且还有两个微小卫星搭载发射，动量轮支架属于该卫星上重量较重的组件之一，为了实现减重，特对斜装动量轮支架展开轻量化设计。通过应用Altair公司的Altair Inspire对卫星斜装动量轮支架进行优化及改进设计，将设计思路由原来的“先设计产品结构再校核产品性能”转变为“先确定产品性能，再通过拓扑优化手段得出产品最终结构”，为卫星斜装动量轮支架的结构方案选型提供了依据。

　　挑战

　　首先，在运载发射能力受限的情况下，嫦娥四号中继卫星的重量指标异常严格，因此亟需开展轻量化产品设计。对重量较重的斜装动量轮支架的优化设计，意味着进一步提升了卫星载荷的可用重量，降低卫星发射的成本。其次，在嫦娥四号中继卫星上，动量轮是非常重要的姿控执行部件，其安装精度直接影响卫星姿控。作为支撑动量轮的斜装动量轮支架，传统设计制造的方式是由铝合金棒料机械加工而成的整体式薄壁零件，该结构形式的支架减重设计是在侧壁上开形状规则的减重孔及减小壁厚，存在壁厚太薄及减重孔太多时，支架加工过程容易发生变形，最终成形精度难以保证的问题。如何实现斜装动量轮支架减重的同时，仍满足其机械接口、安装约束、刚度、强度等各项指标，甚至兼顾来自拓扑优化设计结果的工艺性及美观性？这些都是摆在卫星斜装动量轮支架设计工程师们面前的种种挑战。 “通过Altair Inspire优化设计的卫星斜装动量轮支架，在加工完成后，安装动量轮后在卫星上安装。同时，按照卫星产品的研制规范，接受了上星验证、力学验证、飞行验证等各项航天级环境试验，并随嫦娥四号中继卫星成功飞行。目前该卫星已经成功入轨，状态良好，开始执行既定任务。”