无螺栓式立方卫星框架结构设计

该结构为面向CubeSat挑战赛开发的无螺栓卫星框架，核心应用场景为微纳卫星的主承载结构，适配标准立方星的发射搭载与在轨运行需求，可直接兼容P-POD部署器的安装接口，无需额外适配结构即可完成星箭对接环节的装配。整体框架仅由三类不同结构件组合成型，完全摒弃传统卫星框架常用的螺栓、螺母连接形式，从根源上规避了紧固件松动、装配应力集中、多余物残留等航天结构常见风险。其中L型构件作为主承力梁，承担整星的纵向与横向载荷，采用DMLS工艺成型铝合金材质，成型后经硬阳极氧化处理提升表面耐磨与耐腐蚀性能，单颗标准立方星配置4根该类构件，构件的形位公差严格匹配部署器的内壁间隙要求，避免入轨部署时出现卡滞问题。X型腹板构件同时承担两项功能，一方面通过自身结构刚度提升框架整体的抗扭、抗弯性能，另一方面构件自带的锁止结构可直接卡入相邻梁件的预设槽位，将三类构件沿三个正交方向完成锁止固定，形成完整的自支撑框架结构，该类构件采用纤维增强聚合物基体的FDM工艺打印成型，设计时针对性匹配纤维铺层方向，在腹板与锁止特征的受力区域提升纤维占比，保证结构强度的同时控制整体重量，单颗卫星配置4件该构件，成型后可在预设位置做适度弯折调整，适配内部载荷的安装走线需求。X-web构件采用轻量化纤细构型设计，在保证结构支撑能力的前提下尽可能压缩自身占用空间，为太阳能电池阵、星载电子设备预留充足的内部安装区域与暴露面域，单颗卫星配置6件该构件，当前构型下单件重量控制在较低水平，后续可根据实际载荷分布进一步做拓扑优化减重。所有构件的设计均考虑增材制造的工艺约束，无需要额外添加支撑的悬垂结构，单个打印仓内可同时排布多套构件完成批量成型，有效降低制造成型的时间与材料损耗，所有构件均不存在两个以上方向的装配约束，装配时无需专用工装即可完成整星框架的拼接，大幅缩短整星的装配周期。框架整体的外轮廓尺寸严格遵循立方星的标准边界要求，所有内部安装面预留通用的载荷安装孔位，可适配不同功能的星载模块快速换装，结构的固有频率经过仿真校核，可承受发射阶段的振动、冲击载荷条件，入轨后可维持整星的结构稳定性，为星载设备提供可靠的安装基准。