[发明专利]一种综合力‑电功能的多功能航天结构一体化设计方法

权利要求书

1.一种综合力-电功能的多功能航天结构一体化设计方法，其特征在于，该方法包括三个部分，分别为：结构设计、电池组设计和约束匹配模块设计；

所述结构设计的具体步骤为：

(S11)对多功能航天结构进行结构总体方案设计；从多功能航天结构的结构构型、几何尺寸、安装方式、质量分布方面进行设计；

(S12)对多功能航天结构进行结构参数设计；在所述结构总体方案设计的基础上，对结构频率、几何参数、结构强度、结构刚度和材料特性参数进行设计；

(S13)提出对电池组设计的约束条件，作为电池组设计验证与迭代修改的验证标准；

所述电池组设计的具体步骤为：

(S21)对电池组总体方案进行设计，包括电池组电性能设计和电池组结构设计两部分；所述电池组电性能设计是以电源系统的电性能指标为依据，从电池组的总电压、总容量、串并方式、能量密度、充电体制、放电体制方面对电池组进行总体方案设计；所述电池组结构设计是从电池组的结构构型、包络尺寸、内部布局、结构质量、支撑方式、绝缘措施和导热策略方面进行设计；

(S22)对单体电池电芯进行设计，包括电芯电性能设计和电芯结构设计两部分；所述电芯电性能设计在电池组电性能设计的基础上，对单体电压、单体内阻、单体容量、放电深度及循环寿命进行设计；所述电芯结构设计是在电池组结构设计的基础上，对电芯的内部构造、材料选型、叠层方式和密封手段进行设计；

(S23)提出对结构设计的约束条件，作为结构设计验证与迭代修改的验证标准；

所述约束匹配模块设计的具体方法为：

根据结构设计与电池组设计两者之间的关系，设计构型约束、外形约束、重量约束、频率约束、稳固性能、绝缘性能和散热性能约束限制条件，并依据步骤(S13)与步骤(S23)更新相关约束条件，用于检验结构设计和电池组设计是否满足要求的标准；

对初步设计出来的多功能航天结构分别进行结构设计验证、电池组设计验证，并根据验证结果对结构设计、电池组设计进行匹配、迭代和修改，直至满足多功能航天器结构功能要求。

2.如权利要求1所述的一种综合力-电功能的多功能航天结构一体化设计方法，其特征在于，所述结构设计验证的具体过程为：根据电池组设计提出的约束条件，逐条验证结构设计的合理性；若所有约束条件均满足，则完成结构设计；若不满足约束条件，则对结构总体方案设计和结构参数设计进行迭代修改；在修改过程中，优先修改对结构整体设计影响较小的结构参数；只有当修改结构参数不能满足约束条件时，才对结构总体方案设计进行修改。

3.如权利要求1所述的综合力-电功能的多功能航天结构一体化设计方法，其特征在于，所述电池组设计验证的具体过程为：根据结构设计提出的约束条件，逐条验证电池组设计的合理性；若所有验证条件均满足，则确定电池组设计；若不满足验证条件，则对电池组总体方案设计和单体电池电芯设计进行修改；在修改过程中，优先修改单体电池电芯设计；在单体电池电芯设计修改中按照先局部参数，后材料选型，再到内部构造的优先级顺序依次修改；当修改单体电池电芯设计不能满足约束条件时，才对电池组总体方案设计进行修改。

4.如权利要求1所述的综合力-电功能的多功能航天结构一体化设计方法，其特征在于，所述结构设计、电池组设计的迭代和修改均采用递进迭代方式进行设计修改；首先通过较大修改步长的迭代计算，确定满足约束条件的初步改进设计方案；在此基础上，缩小修改步长，在参数取值附近搜索最优的改进设计方案。

5.如权利要求1所述的综合力-电功能的多功能航天结构一体化设计方法，其特征在于，还包括对多功能航天结构的外观与内部构造进行一体化设计的步骤，具体内容包括：内部线缆布局规划、连接方式选择、接口位置优化，使得最终设计出来的多功能航天结构外观形状规则整齐、接口位置合理，便于安装和模块化应用。

6.如权利要求1所述的综合力-电功能的多功能航天结构一体化设计方法，其特征在于：

所述多功能航天结构的结构构型为方形板状结构；

所述多功能航天结构的几何尺寸依据包络约束进行确定；

所述安装方式为将多功能航天结构作为一个封闭的整体结构，在厚度方向增加上、下盖板；所述上、下盖板通过框架与多功能航天结构连接成一体，并通过螺钉连接方式将框架结构与卫星本体牢固连接；

所述质量分布设计内容为将大部分结构质量分布到电池组上，以减少框架和弹性支撑的质量比例。