(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211010807.4 (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫 200号 (72)发明人 廖文和　冯国津　梁振华　郑侃　 李经广　翟豪　唐嘉程　朱劲锟　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 朱沉雁 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于3D打印的一体化结构冷气微推进系统 设计方法 (57)摘要 本发明公开了基于3D打印的一体化结构冷 气微推进系统设计方法， 属于微纳卫星推进系统 技术领域， 包括以下步骤： 首先， 为了提高推进系 统的空间利用率， 降低推进系统的质量， 将主储 箱、 缓压箱和外部组件的固定模块进行一体化设 计； 其次， 根据公式设计出储箱壁厚； 再其次， 考 虑安全性， 取合适的壁厚， 并分别对主储箱和缓 压箱的壁厚进行强度校核； 然后， 对用于微推进 系统与卫星连接的固定接口进行强度校核； 然 后， 对主储箱与缓压箱的结合面进行强度校核； 最后， 对微推进系统的支撑结构进行设计； 本发 明目的是优化传统微推进系统的结构组成， 实现 微推进系统的轻量 化。 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 CN 115329587 A 2022.11.11 CN 115329587 A 1.一种基于3D打印的一体化结构冷气微推进系统设计方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： S1： 将主储箱、 缓压箱和外部组件的固定接口进行一体化设计， 其中， 主储箱和 缓压箱 用于存储高压推进剂， 固定接口作为主承力结构， 用于与卫星连接固定； 将喷口、 电磁阀嵌 入在一体化推力器结构模块外围； 转入步骤S2； S2： 根据六 单元立方星的任务要求， 所需的推进剂质量m0为： 式中， Iall为卫星总冲， Isp为推进剂R23 6fa的比冲， g为重力加速度； 考虑到微推进系统在轨使用期间存在推进剂汽化不完全、 存储泄漏现象， 需要增加 10％的残余 量设计； 根据微推进系统的任务要求， 及与六单元立方星总体任务的协调， 确定微推进系统所 占空间大小及主储箱与缓压箱的尺寸； 设计温度下， 压力容器的计算厚度公式为： 式中， p为设计压力， Dd为压力容器内直径， [σ ]t为设计温度下压力容器的许用应力， Φ 为焊缝系数； 转入步骤S3； S3： 考虑安全性， 取合 适的壁厚： S3.1主储箱用于存储高压推进剂， 需要对其进行强度校核； 将主储箱视为对称矩形压 力容器， 并假设其长边与短边的壁厚相等； S3.1.1： 对主储箱短边侧板进行 校核 主储箱短边侧板上的薄膜应力σm1： 式中， pc为计算压力， h1为主储箱长边内侧长度， δ1为主储箱短边侧板的有效厚度； 主储箱短边侧板上的弯曲应力σb1： 式中， c为侧 板截面中性轴至计算截面内表面的距离c1， 或侧板截面中性轴至计算截面 外表面的距离c0； 在对内、 外表面的弯曲应力计算中， 应分别以c1或c0代入； Ls为加强件起加 强作用的有 效宽度； I1为主储箱短边侧板截面的惯性矩； α1为参数， 其中H1为主储箱 短边内侧长度； K1为参数， 其中I2为主储箱长边侧板截面的惯性矩； 主储箱短边侧板总应力σT1为： σT1＝σm1+σb1 S3.1.2： 对主储箱长边侧板进行 校核 主储箱长边侧板上的薄膜应力σm2为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115329587 A 2式中， δ2为主储箱长边侧板的有效厚度； 主储箱长边侧板上的弯曲应力σb2为： 主储箱长边侧板总应力σT2为： σT2＝σm2+σb2 冷气微推进系统的一体化结构采用AlSi10Mg材料， 考虑安全系数， 计算得许用应力 [σ ]， 验证设计的壁厚是否满足 强度要求， 直到设计的壁厚满足 强度要求， 转入步骤S3.2； S3.2： 缓压箱用于稳定高压推进剂， 需要对其进行强度 校核； 将缓压箱视为对称矩形压 力容器， 假设其长边与短边的壁厚相等； S3.2.1： 对缓压箱短边侧板进行 校核 缓压箱短边侧板上的薄膜应力σm3为： 式中， h2为缓压箱长边内侧长度， δ3为缓压箱短边侧板的有效厚度； 缓压箱短边侧板上的弯曲应力σb3为： 式中， I3为缓压箱短边侧板截面的惯性矩； α2为参数， 其中H2为缓压箱短边内侧 长度； K2为参数， 其中I4为缓压箱长边侧板截面的惯性矩； 缓压箱短边侧板总应力σT3为： σT3＝σm3+σb3 S3.2.2： 对缓压箱长边侧板进行 校核 缓压箱长边侧板上的薄膜应力σm4为： 式中， δ4为缓压箱长边侧板的有效厚度； 缓压箱长边侧板上的弯曲应力σb4为： 缓压箱长边侧板总应力σT4为： σT4＝σm4+σb4 根据许用应力[σ ]， 验证设计的壁厚是否满足强度要求； 直到满足强度要求， 转入步骤 S4； S4： 微推进系统的固定接口作为主要承力结构， 用于与卫星连接固定， 需要对最大应力 处进行强度校核； 一部分应力来自于储箱内 高压推进剂 气体对固定 接口的压力F1， 公式为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115329587 A 3