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目前,包括国际空间站在内的载人航天器大多以刚性金属舱为主,由于大型刚性密封舱存在质量重、体积大、发射成本高、在轨组装难等缺陷,越来越难以满足未来深空探测发展的需要。与传统的刚性金属舱相比,空间充气可展开舱段由于其质量小、可折叠、制作及发射成本低、更高的容积质量比以及更好的防护性能等优势,是解决当前较低发射能力与快速增长的航天任务之间矛盾的理想途径,具有广泛的应用前景。针对空间充气可展开舱段,本文主要研究内容包括:(1)通过对空间充气可展开舱段的需求及原理分析,完成了舱段整体结构设计,主要包括中央芯柱结构、行星齿轮舱门机构、地板展开机构、气闸舱等设计。然后通过对舱段在轨运行时所处恶劣太空环境的分析,完成了由多层复合材料制成的柔性外壳设计;最后完成了舱体及气闸舱充气系统方案及充气回路的搭建。(2)对SolidWorks中建立的舱段中央芯柱结构三维模型进行了简化,并将简化后的模型导入ABAQUS中,通过设置材料参数、边界条件、相互作用及约束等,建立了中央芯柱结构的有限元模型,最后提交作业并通过Lanczos法提取了中央芯柱结构的前6阶固有频率和振型。为了使其满足航天器设计过程中对振动稳定性的要求,随后通过分析选取舱段纵梁厚度为优化变量完成了中央芯柱结构的模态优化。(3)在结构限制层囊体初步设计阶段,为了给结构限制层囊体应力估算提供参考,本文将结构限制层囊体在压差作用下视为处于受由轴向应力和环向应力构成的二向应力状态,并结合Von Mises应力准则提出了一种结构限制层在内外压差作用下的囊体应力估算方法,并将结果与ABAQUS的有限元分析结果进行对比,验证了所推导的囊体应力估算方法的有效性。在结构限制层囊体详细设计阶段,为了使结构限制层囊体在满足使用要求的前提下具有最优的形态,选取整体结构刚度最大、整体结构应力分布均匀、表面积最小作为优化目标,并基于遗传算法完成了结构限制层囊体形态的形态优化。(4)根据所设计的三维模型及有限元分析结果,完成了空间充气可展开舱段的样机试制,并进行了样机的地板结构展开试验及柔性外壳充气展开试验,进一步验证了地板展开机构及其驱动方案、舱段密封性能及充气系统的可行性。