某姿控发动机组安装板结构拓扑优化设计

冯思锐，何 锋，王 浩，刘 忠，郑彦博

（1. 贵州大学机械工程学院，贵阳，550025；2. 贵州梅岭电源有限公司，遵义，563000；3. 贵州航天朝阳科技有限责任公司，遵义，563000）

0 引 言

对于飞行器而言，结构质量系数（结构质量和飞行质量之比）的高低是体现飞行器结构强度综合技术水平的一项重要指标。在飞行器总体结构设计确定的前提下，对飞行器进行轻量化设计可以有效提高飞行器的结构质量系数。轻量化主要通过结构优化、材料优化和力学性能的提升来实现，材料优化和力学性能的提升均有化学性能的改变，因此结构优化简单、易行。

结构优化主要包括形状优化、尺寸优化和拓扑优化[1]，拓扑优化的不同是在给的设计区域内寻找力的最优传递路径。张伟、侯文彬[2]等采用拓扑优化中的遗传算法对电动汽车进行多目标的拓扑优化计算，提高了车身的设计效率；刘文章等[3]通过拓扑优化分析，改进了某型飞机翼身结合加强框模型，提高了加强框的刚度；马青等[4]通过对圆柱壳体结构进行拓扑优化，使低阶固有频率增加了8.24%，达到了优化目的。

鉴于航天飞行器姿控动力系统结构的刚度和强度要求高，结构质量系数要求低的特性，本文将通过有限元法对某在研新型液体姿控动力系统的发动机组进行拓扑计算，在计算结果的基础上针对原始模型分别进行等质量和等结构优化，为后续的结构改进给出一定的参考。

1 姿控发动机模型

姿控发动机组的数目和布局方式因不同的工作任务有所不同，但国内外一组姿控发动机的数目通常为四、六、八，安装位置有集中和分散 2种，安装角度有“横平竖直”和“倾斜”2种。……