拓扑优化框架式立方星体结构设计

该结构面向微纳立方星的舱体承载需求设计，主要应用于近地轨道小型科研卫星的主承力舱段，承担整星发射阶段的过载载荷、在轨运行阶段的设备安装支撑功能，可适配单板式集成载荷、太阳能电池阵、星载数传与电源模块的安装固定，为立方星内部元器件提供稳定的安装基准与力学防护。结构采用开放式框架设计思路，摒弃传统立方星的整板拼接式舱体结构，通过拓扑优化算法在给定的设计边界内迭代去除非承载区域的材料，在保证结构刚度与强度满足发射过载要求的前提下，最大化降低结构整体自重，同时预留出无遮挡的内部走线空间与设备安装区域，解决传统立方星舱体内部线缆排布拥挤、散热路径受阻的问题。结构整体外轮廓为正立方形态，XY平面的外形尺寸适配标准立方星的安装接口边界，四个侧立面预留统一厚度的太阳能电池板安装贴合面，无需额外增设转接支架即可直接贴合固定电池阵，顶面与底面设置设备安装架，可直接搭载星载传感器、通信天线等外露载荷，框架的导槽结构同时承担定位锁定与载荷传导功能，可将发射阶段的横向、纵向过载均匀分散到整个框架的承力筋条上，避免局部应力集中导致的结构失效。框架的承力筋条走向完全匹配拓扑优化的传力路径，筋条厚度根据不同方向的过载载荷大小差异化设置，在应力集中的转角位置做圆弧过渡处理，匹配金属增材制造的工艺特性，避免打印过程中出现悬垂结构导致的成型缺陷，材料选用适配航天环境的轻质铝合金，兼顾结构强度、导热性能与轻量化需求，框架内部无多余遮挡结构，既可以为星载设备提供充足的安装空间，也能形成通畅的内部散热通道，将星载设备工作产生的热量通过框架筋条快速传导到外侧的太阳能电池板与外辐射面，提升整星的热控效率。该结构仅需少量紧固件即可完成整星的装配，大幅减少装配环节的零件数量，降低装配复杂度与整体结构重量，相比传统铣削加工的立方星舱体，自重降低幅度超过四成，同时比刚度提升明显，能够适配一箭多星发射场景下的严苛过载环境，也可作为通用化的微卫星承载平台，根据不同的载荷需求快速调整内部安装位，适配不同类型的科研与商用立方星研制需求。