纤维缠绕Kagome网格卫星承力筒承载性能分析及结构优化研究*

孙守政，孙天峰，陈维强，范东兴，韩振宇，富宏亚

（1.哈尔滨工业大学，哈尔滨 150001；2.中国空间技术研究院北京卫星制造厂有限公司，北京 100094）

碳纤维增强型复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀、极端环境适应性好、可设计性强等特点，被广泛应用于航空航天、能源开采、建筑、交通等多个领域中[1–2]。在航空航天领域，复合材料可以替代传统铝合金、钛合金等金属构件，既减轻了质量，又提升了构件的可靠性。国外将复合材料使用率作为评价飞机先进程度的重要指标。例如，在波音787客机机翼及机身上所使用的复合材料比重可达50%，而上代波音777客机仅使用了12%的复合材料，由此可见，复合材料已经成为航空航天领域无法替代的应用材料，在国家“大飞机”、“载人航天与探月工程”、“天问一号”、“北斗卫星导航”等重大工程中的作用越来越突出[3–4]。承力筒是卫星中的重要承力部件，对卫星总体力学性能及服役性能至关重要。卫星承力筒的设计与结构优化是进一步减轻重量、提升承力结构及承载性能的重要前提[5]。航空航天结构件设计中，有两种基本的复合材料结构设计思想：一是基于承载蒙皮纵梁加强结构和蜂窝夹层结构；二是无蒙皮的网格加强结构。相较于承载效率而言，无蒙皮的网格结构所受载荷完全由相互交错的加强筋承受，因而其承载效率高于有蒙皮的纵梁加强结构和蜂窝夹层结构。早期的网格加强结构通过机械加工铝合金的方式得到，但采用纤维增强复合材料成型的网格结构能实现减重20%以上，同时，网格加强筋交错的节点处可以增强整体结构的阻尼特性，具有良好的抗冲击性能[6–7]。……