طراحی و بهینه سازی سازه یک میکروماهواره با قیود ارتعاشی

یکی از بحرانی‌ترین نکات طراحی در ماهواره‌ها، رسیدن به حداقل جرم (وزن) با تامین تمامی الزامات و قیود (استحکام، جانمایی و ارتعاشات) حاکم است. در این میان، سازه می‌تواند نقش بسیار مهمی ایفا نماید زیرا طراح سازه در مقایسه با سایر زیرسیستم‌ها دارای آزادی عمل بیشتری در تعیین طرح سازه است. در مطالعه حاضر، روند طراحی سازه یک ماهواره کوچک، با هدف دستیابی به کمترین وزن ممکن و حفظ ملزومات حاکم (قید ارتعاشی)، مورد بررسی قرار گرفته است. فرایند طی شده برای رسیدن به هدف فوق، تغییر در ابعاد هندسی سازه است. مراحل مدل‌سازی ماهواره با تمامی زیرسیستم‌ها در نرم‌افزار سالیدورک انجام شده و در نرم افزار انسیس تحلیل‌های مودال، شبه استاتیکی و ارتعاشات اتفاقی صورت گرفته است. همچنین با استفاده از قابلیت بهینه‌سازی الگوریتم ژنتیک در این نرم‌افزار، پارامترهای هندسی سازه نظیر ضخامت تقویت‌کننده‌ها به گونه‌ای به دست آمد‌ه‌اند که سازه به کمترین وزن ممکن با برآورده نمودن شرایط حاکم برای قیود ارتعاش، استحکام و ارتعاشات اتفاقی رسیده است. نتایج نشان می‌دهد که با انتخاب درستی از ضخامت تقویت-کننده‌ها می‌توان وزن و فرکانس مود اول ماهواره را به میزان قابل توجهی کاهش داده و در عین حال سازه نهایی بهینه، نیز تمام قیود اعمالی از پرتابگر را محقق نموده و از استحکام و سفتی کافی برخوردار است.

optimum design of a microsatellite structure with vibration constraint

one of the most critical design points in satellites is to achieve the minimum mass (weight) by meeting all the requirements and constraints (strength, location and vibration). in this regard, the structure can play a very important role because the structural designer has more freedom of action in determining the design of the structure compared to other subsystems. in the present study, the process of designing the structure of a small satellite with the aim of achieving the lowest possible weight and maintaining the prevailing requirements such as vibration constraints hasbeen investigated. the process used to achieve the above goal is to change the geometric dimensions of the structure. satellite modeling steps with all subsystems have been performed in solidworks software and modal, quasi-static and random vibrations analyzes have been performed in ansys software. also, by using the ability to optimize the genetic algorithm in this software, the geometric parameters of the structure such as the thickness of the amplifiers have been obtained in such a way that the structure has reached the lowest possible weight and meet the prevailing conditions for vibration constraints, strength and random vibrations. the results show that by choosing the right thickness of amplifiers, the weight and frequency of the first satellite mode can be reduced significantly, and at the same time, the optimal final structure can satisfy all the constraints applied by the launcher and provide sufficient strength and rigidity.