ULA火箭轻量化内部舱尾支架结构设计

该支架面向ULA火箭硬件挑战场景设计，作为火箭内部舱段的尾端支撑构件，主要承担舱内相关载荷的定位与传导作用，适配火箭发射阶段的力学承载需求，可在严苛的振动、过载工况下保持结构稳定性。设计阶段将整体支架拆分为对称的两个独立构件，核心目标是尽可能降低结构整体质量，匹配航天装备对构件重量的严苛控制要求。所有螺栓孔周边均保留了孔径4倍范围的材料圆柱体，仅在原始零件包络线未延伸到的区域做材料去除，保证螺栓连接区域的局部强度，避免连接位置出现应力集中导致的结构失效。结构上设计了独特的内部口袋式空腔，这一特征仅能通过增材制造工艺实现，当打印摆放方向设置合理时，空腔内部无需额外添加支撑材料，可进一步减少打印过程的材料消耗，同时降低后续支撑去除的工序难度。配套设计的小型展示座可直接通过3D打印制作，用于支架成品的安装展示，也可作为结构验证阶段的装夹定位基准。支架原型采用ABS塑料完成打印验证，打印过程带有分离支撑结构，验证过程确认了选定的摆放方向可顺利完成零件制造，后续可无损伤地剥离分离支撑，不会对零件本体造成损坏，也不会出现支撑残留影响装配精度的问题。结构力学计算层面，重点校核了额定载荷下的应力分布，确认最大应力处于材料许用强度范围内，满足使用工况的安全系数要求。3D打印过程的支撑材料用量、总打印时长、打印体积等参数均通过专用切片软件完成核算，打印过程中的模型朝向设置经过多轮优化，在保证成型质量的前提下尽可能压缩打印周期与材料消耗。构件选用的工程塑料具备足够的比强度，可满足原型验证阶段的力学性能要求，若进入正式应用阶段，可替换为更高性能的航天级工程材料，适配实际飞行工况的耐温、耐候与强度要求。安装边界上，支架通过预设的螺栓孔完成与舱体基体的固定，对称式的结构设计可保证载荷均匀传导到两侧安装位，避免单侧受力过大导致的结构变形，内部空腔的设计在减重的同时也保留了足够的结构刚度，不会因材料去除出现刚性不足的问题。