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Student Number 87323054
Author Xi-Ming Yu(游仕名)
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Department Mechanical Engineering
Year 1999
Semester 2
Degree Master
Type of Document Master's Thesis
Language zh-TW.Big5 Chinese
Title TUU SAT-1微衛星結構設計分析
Date of Defense 2000-07-07
Page Count 89
Keyword
  • HES彈射系統
  • 有限元素分析
  • 結構設計
  • Abstract 本文針對已完成初步系統設計的TUU SAT-1微衛星,進行系統酬載的結構配置,提供一套完整的微衛星結構設計方法及過程。雖然TUU SAT-1各子系統之酬載規格尚未完全確立,但仍可由國外各微衛星的相關資料,來進行TUU SAT-1的酬載假設。設計時所採用的規格限制條件,皆是以美國太空總署(NASA)太空梭之HES彈射系統為主,並以有限元素分析軟體I-DEAS MS6建立衛星本體與接合介面之有限元素分析模型,進行主體結構之應力及自然振頻評估分析,以期能設計出符合HES標準之微衛星本體。
    Table of Content 摘要……………………....………………………………………………I
    目錄…………….………..………………………………………………II
    圖表目錄…………….…….……………………………………………VI
    第一章 緒論……………………………………………………………1
    1-1 微衛星的發展……………………………………………1
    1-2 TUU SAT-1的系統架構…………….…………..………2
    1-3 TUU SAT-1的各個子系統………………………………3
    1-3-1 姿態控制子系統……………………………………4
    1-3-2 通訊子系統…………………………………………4
    1-3-3 電腦子系統…………………………………………5
    1-3-4 電源子系統…………………………………………6
    1-3-5 酬載子系統…………………………………………7
    1-3-6 熱控子系統…………………………………………7
    1-3-1 結構子系統…………………………………………8
    第二章 TUU SAT-1結構設計的參考依據……………………………10
    2-1系統假設的參考依據……….…………………………..10
    2-2 地面模擬星…………………………………………..…10
    2-3 國外微衛星的架構………………..……………………11
    2-3-1 PANSAT…………………………………………11
    2-3-2 SUNSAT…………………………………………13
    2-3-3 SEDSAT…………………………………………15
    2-3-4 SAPPHIRE………………………………………16
    2-3-5 TiungSAT-1………….……..……………………18
    2-4 TUU SAT-1的酬載假設………………………………19
    第三章 發射載具系統………………………………………………21
    3-1 結構子系統的目的………………………………………21
    3-2 各國發射載具系統………………………………………21
    3-3 Hithhikker彈射系統……………………………………22
    3-3-1 HES彈射系統的特性………………………………23
    3-3-2 HES彈射系統的安全限制…………………………24
    3-3-3 HES彈射系統的尺寸規格限制……………………24
    3-3-4 HES彈射系統所需的衛星資訊……………………25
    第四章 TUU SAT-1的酬載配置……………………………………26
    4-1 基本設計架構……………………………………………26
    4-1-1 材料選擇……………………………………………26
    4-1-2 組裝架構方式………………………………………26
    4-1-3 衛星形態設計………………………………………26
    4-2 主體結構…………………………………………………27
    4-3 第一層(電源層) …………………………………………28
    4-4 第二層(通訊層) …………………………………………29
    4-5 第三層(酬載層) …………………………………………31
    4-6 外層面板…………………………………………………32
    4-7 彈射介面…………………………………………………33
    4-8 其他元件…………………………………………………34
    第五章 TUU SAT-1結構分析前置作業……………………………36
    5-1 分析理論…………………………………………………36
    5-1-1 破壞理論……………………………………………36
    5-1-2 自然振頻……………………………………………37
    5-1-3 有限元素法…………………………………………39
    5-2 分析基本架構……………………………………………41
    5-2-1 軟體運用部份………………………………………41
    5-2-2 座標系統……………………………………………41
    5-2-3 負荷酬載假設………………………………………41
    5-2-4 安全係數及限制……………………………………42
    第六章 TUU SAT-1結構設計分析…………………………………43
    6-1 主體結構的分析假設……………………………………43
    6-2 分析模型建立……………………………………………43
    6-3 結構分析過程……………………………………………44
    6-3-1 邊界條件假設………………………………………44
    6-3-2 受力狀況假設………………………………………44
    6-3-3 進行求解……………………………………………45
    6-4 結構分析結果……………………………………………45
    6-4-1 應力分析……………………………………………45
    6-4-2 振頻分析……………………………………………45
    第七章 分析結果與探討………………………………………………46
    第八章 結論……………………………………………………………50
    參考文獻…………………………………..……………………………51
    圖表目錄
    圖1-1 TUU SAT-1軌道圖………..………………………….…………53
    圖2-1 地面模擬星………..……………………………………………54
    圖2-2 PANSAT外觀與架構圖………..…………………..……………55
    圖2-3 SUNSAT外觀與酬載架構………..……………….……………56
    圖2-4 SEDSAT微衛星………..……………………..…………………57
    圖2-5 Sapphire組裝與爆炸圖………..…………………..……………58
    圖2-6 TiungSAT外觀與酬載配置………..……………………………59
    圖3-1 載具升空歷程………..…………………………………………60
    圖3-2 發射桶桶架示意圖………..……………………………………60
    圖3-3 衛星本體裝配示意圖………..…………………………………61
    圖3-4 衛星發射桶尺寸限制………..…………………………………61
    圖3-5 接合介面尺寸規格(上視) ………..……………………….……62
    圖3-6 接合介面尺寸規格(側視) ………..……………………….……62
    圖3-7 正在進行測試的酬載艙…..……………………………………63
    圖3-8 彈射桶實際外觀…..……………………………………………63
    圖3-9 彈射盤實際外觀…..……………………………………………63
    圖4-1 衛星空殼結構圖………..………………………………………64
    圖4-2 鋁桿細部規格圖………..………………………………………64
    圖4-3 衛星配置參考座標………..……………………………………64
    圖4-4 電源層元件配置圖………..……………………………………65
    圖4-5 通訊層元件配置圖………..……………………………………66
    圖4-6 酬載層元件配置圖………..……………………………………67
    圖4-7 側板太陽能板配置圖………..…………………………………68
    圖4-8 頂板太陽能板配置圖………..………….…………………..….68
    圖4-9 彈射介面………..………………………………………………69
    圖4-10 磁棒配置圖………..……………………..……………………69
    圖4-11 天線配置方式………..………………………..………………70
    圖5-1 延性材料應力應變圖………..…………………………………71
    圖5-2 各破壞理論比較圖………..……………………………………71
    圖5-3 Von Mises破壞理論示意圖………..……………………………72
    圖5-4 三維Von Mises破壞理論示意圖………..…………………..…72
    圖6-1 底層分析模型圖………..………………………………………73
    圖6-2 中層分析模型圖………..………………………………………73
    圖6-3 頂層分析模型圖………..………………………………………73
    圖6-4 磁棒分析模型圖………..………………………………………73
    圖6-5 接合介面分析模型圖………..…………………………………73
    圖6-6 全衛星分析模型圖………..……………………………………73
    圖6-7 接合介面鉗合圖………..………………………………………74
    圖6-8 邊界條件位置………..…………………………………………75
    圖6-9 網格分割圖………..……………………………………………75
    圖6-10 狀況A應力圖………..…………………………….…………76
    圖6-11 狀況B應力圖………..…………………………….…………76
    圖6-12 第一自然振頻圖………..…………………………..…………77
    圖6-13 第一自然振頻側視圖………..……………………..…………77
    圖7-1 TUU SAT-1主體架構………..……………………………....…78
    圖8-1 TUU SAT-1衛星實體預想圖(組合圖) ………..………………79
    圖8-2 TUU SAT-1衛星實體預想圖(爆炸圖) ………..………………79
    圖8-3 TUU SAT-1衛星發射預想圖………………….………………80
    Reference 1. http://www.ee.surrey.ac.uk/SSC/SSHP/
    2. 許志岱,“TUU SAT-1微衛星電源設計與分析“,國立中央大學機械工程研究所碩士論文,1999.6。

    3. 顧有斐,“微衛星TUU SAT-1主體結構的設計與分析“ ,國立中央大學機械工程研究所碩士論文,1999.6。

    4. http://www.sp.nps.navy.mil/pansat/
    5. http://sunsat.ee.sun.ac.za/
    6. http://uah.seds.org/projects/sedsat//
    7. http://aa.stanford.edu/~ssdl/projects/squirt1/
    8. http://www.sstl.co.uk/
    9. Steve J. Isakowitz, International Reference Guide to Space Launch System, AIAA, 1991 Ed.
    10. Hitchhiker' Customer Accommodations & Requirements Specifications, 1994, NASA Goddard Space Flight Center.
    11. http://sspp.gsfc.nasa.gov/
    12. Peter Fortescue, John Stark, Spacecraft Systems Enginnering, 2nd Ed.
    13. 林宗憲,“被動式磁棒控制於微衛星TUU SAT-1姿態控制系統之應用與研究“,國立中央大學機械工程研究所碩士論文,1999.6

    14. Jack A. Collins, Failure of Materials in Mechanical Design, 2nd Ed.
    15. Robert L. Norton , Machine Design : An Integrated Approach , 1997 Ed.
    16. 王新榮、陳時錦、劉亞忠,有限元素法及其應用,中央圖書出版社出版。
    17. 賴育良、林啟豪、謝忠祐,ANSYS電腦輔助工程分析,儒林圖書有限公司。
    18. 國立成功大學機械科技研發中心,I-DEAS 6.0 - Basic Analysis Training of Pre/Post , 1999.Feb.
    Advisor
  • Zuu-Chang Hong(洪祖昌)
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    Date of Submission 2000-07-07

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