空间探测器安装部件设计及热—结构耦合分析

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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第1章 绪论

1.1 空间探测器国内外现状

1.2 课题背景

1.3 研究对象

1.4 研究方法

1.5 有限元在航天技术中的应用

1.6 选用ANSYS的理由

1.7 本文工作简述

第2章 磁强计及EUV成像仪的基本原理

2.1 磁强计简介

2.2 EUV成像仪工作原理及主要部件功能

2.3 本章小结

第3章 空间探测器安装部件设计

3.1 安装部件设计要求

3.2 安装部件的材料选择

3.3 安装部件的设计

3.4 本章小结

第4章 有限元耦合分析基本原理

4.1 有限元耦合场分析原理

4.2 瞬态动力学分析

4.3 本章小结

第5章 磁强计底座有限元分析

5.1 磁强计底座的热—结构耦合分析

5.2 磁强计频谱特性

5.3 本章小结

第6章 EUVE安装部件有限元分析

6.1 EUVE基本组成

6.2 EUVE安装部件结构特点

6.3 EUVE安装部件载荷约束

6.4 EUVE入射窗有限元分析

6.5 EUVE外筒热—结构耦合分析

6.6 本章小结

第7章 EUVE外筒结构设计讨论

7.1 结构设计概述

7.2 结构分析有限元法

7.3 EUVE外筒结构设计探讨

7.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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