立方体卫星智能框架

这是我第一次参加Grabchallenge:challenges/the-cubesat-challenge在设置任务时，对cubesat结构的四个主要冲突要求如下：found:1)抗振要求高刚度；2） 接近铝的框架的高温稳定性；3） 内部（可用）体积与框架体积的最大可能比率（基于内部安装模块的PC104设计）；4） 材料的可用性。与铝相比，所有商用塑料材料的线性膨胀系数至少是铝的两倍。塑料框架在一个单元内100度加热时从PEI膨胀超过0.5 mm，这是不可接受的。外来材料-碳纤维或玻璃纤维PEKK或金属到目前为止要么在商业上无法用于SLS技术，要么经验太丰富，因此它们被排除在首选材料列表之外，因为这些材料接近unobtainium。此外，现有的DMLS技术在未来零件的尺寸上有很大的限制。在这种情况下，框架设计必须符合上述所有要求。如果至少有一个需求得不到满足，这个项目将失去它的意义！额外要求uirements:1)皮肤内部的有效导热系数；2） 零件数量最小化；3） 和易性；4） 负担能力；在痛苦地考虑了各种选择之后，找到了以下解决办法。这个想法并不新鲜；类似的原理已经在普通木桶中使用了好几个世纪。通常，卫星的内部部件由几个PC104格式的模块组成，这些模块用支架固定在一起。这个组件是精密的，本身就构成了一个相当坚固的结构。印刷电路板由玻璃纤维制成，在X轴和Y轴上温度稳定（比铝稍好）。除此之外，印刷电路板的制造技术（通常是数控切割）需要非常精确地执行X轴和Y轴上的外部尺寸。如果卫星的框架可以由几个垂直的部分组成，并用预应力环紧紧地围绕着卫星的刚性内部部件，会怎么样？但是卫星的各个部分不会像在桶里一样依赖于它们的周长，而是依赖于卫星坚固的内部部件。这个想法的发展。结果发现，垂直段的表面很难做成像桶一样的锥形。镜框的设计受到内外尺寸的限制，在印刷过程中不能把戒指做得太薄。结论：吊环需要有弹性，在展开前应进行拉伸，底座由四个角片（PCB支撑单元）组成，由聚醚酰亚胺（Ultem 1010）制成，采用SLS或FDM技术，经久耐用，并且非常耐热冲击和辐射冲击。PCB支撑单元高度坚固，结构坚固（这是一个重要的点，因为在层高框架的情况下不会导致不准确）。支持单位拥抱与安装座位的内部印刷电路板。单元侧壁的厚度只有1毫米。支撑单元之间没有连接，仅依赖于PCB的边缘。因此，XY轴上的尺寸定义单位因子是PCB的公差和两侧支撑单元的壁厚（考虑到两侧，为2到4毫米）。假设Z轴热膨胀的临界值较低，由支撑装置的材料特性决定。从外部看，矩形环（顶部和底部?皮肤?) 由尼龙（NyTek）制成? 1200 PA）沿Z轴从两侧放置在支撑装置上。装配是通过将皮肤预热到140摄氏度，或通过特殊附件对皮肤进行机械拉伸来完成的。这个设计的例子提供了一个热（收缩）配合，因为这种方法是可取的。皮肤的壁厚为1毫米，这符合SLS或FDM印刷技术的最低要求。外壳在X轴和Y轴上制作，其尺寸小于PCB支撑单元的尺寸（根据CTE 224.1中2.3 mm的初步计算）μ米/米°C代表NyTek 1200）。侧壁中部的蒙皮采用浅拉伸结构穿孔，该结构由蒙皮沿X Y轴的弹性模量定义。蒙皮的轨面可根据CubeSat设计规范的要求进行平滑处理。立方体星沿Z轴的内部结构可能是可变的。因此，可以在适当的位置调节张力(如果没有穿孔，壁厚为1 mm，延伸率为2.3%，蒙皮横截面上的应力高得令人无法接受（总应力超过2500 H），技术上无法获得更薄的壁）。在振动测试中，通过实验选择了所需的张力。将蒙皮装配到框架上有两种可能的变体。机械拉伸或收缩配合（一些品牌的尼龙有一个舒适的适合大温度延伸系数）。安装后，冷却尼龙皮肤坚定地拉着支持单位的边缘的印刷电路板。据推测，在立方体卫星发射到轨道的过程中，蒙皮的尼龙壁被施加了高达100摄氏度的预应力。印刷电路板不仅牢固地固定在安装孔上，而且沿着整个周长，从而增加其在Z轴上的谐振频率。选择尼龙的理由。各种不同性能的尼龙。尼龙是一种弹性材料，具有很高的热应力和相对较高的热膨胀系数，能够抵抗高温和低温。它相对便宜。良好的抗摩擦性能（加热/冷却后，蒙皮将在XY轴和Z轴的两个角元素表面上滑动）。选择PEI的理由：高强度、抗热冻性、抗辐射性、商业可用性。这种材料比PEKK便宜得多。当然，要以这种方式组装卫星，还需要特殊的工具和夹具，其设计可以通过增材制造进一步开发和生产，板之间的空间可以填充导热和抗辐射的材料，将热量传导到皮肤上