¿Qué es Análisis de la estructura de la nave espacial?

El análisis mecánico de la estructura principal de la nave espacial es una base importante para el diseño de la estructura de la nave espacial. Cuando la relación de calidad de la nave espacial disminuye continuamente y la rigidez estructural y la frecuencia natural pueden reducirse, el análisis dinámico de la respuesta dinámica de la estructura bajo cargas dinámicas puede mejorar la confiabilidad de la nave espacial. El análisis estático es el método principal de los primeros análisis de la estructura de las naves espaciales, el método es maduro, simple y confiable.

La nave espacial se encuentra en un ambiente alterno frío y caliente a largo plazo durante la operación. La tensión térmica y la deformación térmica causadas por esto tienen un gran impacto en la función de ciertos componentes estructurales, y se requiere un análisis de tensión y deformación térmica.

Análisis dinámico > Primero, realice un análisis modal relacionado con las características de la estructura y luego realice un análisis de respuesta dinámica junto con cargas externas.

Análisis modal: incluye análisis teórico y análisis experimental de características dinámicas estructurales. El propósito es determinar los parámetros modales de la estructura, como la frecuencia natural, la amortiguación y la forma del modo. Este análisis utiliza el método de elementos finitos.

Cuando la estructura es compleja y el número de elementos finitos divididos es demasiado grande, la reducción del grado de libertad del modelo de elementos finitos se adopta mediante el método de reducción, o se adopta el método de síntesis modal para dividir la estructura en varios sub- Las estructuras y los modos de las subestructuras se obtienen primero y luego se integran en el modal de toda la estructura.

Las pruebas se utilizan generalmente para verificar la precisión de los resultados de los cálculos teóricos y encontrar formas de mejorar la precisión modal. El método de prueba es similar a la prueba de características de vibración de cohetes.

Análisis de respuesta dinámica: Conociendo las características modales de la estructura, realizar análisis de respuesta dinámica bajo una determinada carga externa para determinar la aceleración, desplazamiento y distribución de tensiones de la estructura. Los métodos de resolución incluyen el método de integración directa, el método de superposición modal y el método Foss.

Utilice los resultados del análisis de la respuesta dinámica para comprobar la racionalidad del diseño estructural. Por ejemplo, un desplazamiento excesivo provocará colisiones entre los componentes; una tensión excesiva provocará la rotura y destrucción de las piezas; una aceleración excesiva provocará fácilmente los componentes y dispositivos instalados en el estructura para fallar.

Análisis de carga: determinar la respuesta dinámica en la interfaz entre el vehículo de lanzamiento y la nave espacial es un problema de análisis dinámico. El método conservador del espectro de choque utilizado en los primeros días era medir el espectro de choque en la interfaz entre el vehículo de lanzamiento y la nave espacial durante las pruebas de vuelo, y tomar su envolvente como carga estructural.

La ley del espectro de choque generalizado considera el efecto de retroalimentación de las características estructurales de la nave espacial y utiliza los parámetros modales de la nave espacial y el vehículo de lanzamiento. Este método es ampliamente utilizado en los tiempos modernos.

El método transitorio combina los modelos de elementos finitos de la nave espacial y el vehículo de lanzamiento, y realiza un análisis de respuesta transitoria acoplado en momentos importantes como el encendido, la separación y el apagado durante el proceso de vuelo, lo que puede obtener resultados más precisos, pero es más molesto.

Lasnaves espaciales de análisis estático en su mayoría adoptan estructuras livianas como estructuras de paredes delgadas, estructuras rígidas, estructuras en sándwich, etc.

En el análisis estático, además de los cálculos de resistencia, el análisis de deformación y estabilidad estructural es muy importante (ver Mecánica estructural de aeronaves, Estructura de cohetes Análisis). De acuerdo con las características de la diversidad de la estructura y la forma de la nave espacial, el método de elementos finitos debe adoptarse en la mayoría de los casos. Optimice ampliamente el diseño en el análisis de estructuras ligeras y minimice el peso de la estructura bajo la condición de cumplir con la resistencia y rigidez.

Las dimensiones geométricas de la estructura y las propiedades físicas del material se utilizan como parámetros del diseño óptimo, ampliando así el rango de aplicación del diseño de optimización estructural.

Análisis de tensión y deformación térmica El método de análisis de tensión térmica de la nave espacial de reentrada es básicamente el mismo que el de la cabeza del cohete. El análisis del estrés y la deformación térmica durante la órbita espacial es un problema único para las naves espaciales.

El análisis de deformación térmica es muy importante para algunas estructuras de naves espaciales. Por ejemplo, la pequeña distorsión por temperatura de la forma del reflector de una antena parabólica grande afectará el rendimiento de la antena. Una deformación térmica excesiva afectará el control de actitud de la nave espacial en órbita vuelo.

Para analizar, primero calcule la distribución de temperatura de la estructura, determine la relación entre las propiedades mecánicas y físicas del material estructural y la temperatura, y luego analice la tensión térmica y la deformación. Para resolver este tipo de problema no lineal, a veces es necesario hacer ciertas suposiciones simplificadas, que deben ser calculadas por la computadora.

Análisis de fatiga y fracturasLa mayoría de las naves espaciales utilizadas al mismo tiempo soportan una carga dinámica durante un breve período de tiempo, y la fatiga y las fracturas generalmente no se consideran. En el caso de los componentes de placa y carcasa muy delgados, pueden producirse fatiga y daños por fractura incluso si se someten a unos pocos minutos de vibración, por lo que se requiere un análisis de fatiga y fractura.