專利名稱：一種雙ω形碳纖維復(fù)合材料充氣伸展臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于衛(wèi)星或太陽帆上的充氣伸展臂。
背景技術(shù)：
由于受到運載火箭的有效發(fā)射載荷和發(fā)射體積的限制，對于搭載的有效載荷的要求是具有較小的重量和較小的發(fā)射體積。大型的空間結(jié)構(gòu)在發(fā)射時都處于折疊狀態(tài)，發(fā)射入軌后通過展開的方式形成其設(shè)計要求的狀態(tài)，實現(xiàn)其設(shè)計功能?，F(xiàn)有的展開結(jié)構(gòu)主要有機械式和充氣式展開，機械式展開構(gòu)件不僅重量高，折疊效率較小，而且展開可靠性低。充氣式展開構(gòu)件具有超長超輕的優(yōu)點，但是還存在不足，如當(dāng)管內(nèi)壓力降低后，截面形狀會產(chǎn)生變化，使得抗彎剛度降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有圓截面鋼條增強的層合鋁管壁充氣式展開支撐桿所存在的抗彎剛度低、易磁化，長期存儲易產(chǎn)生塑性變形的問題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明所述的一種雙Ω形碳纖維復(fù)合材料充氣伸展臂包括外殼體、內(nèi)膽、兩個端頭蓋和至少一副粘扣條，殼體和內(nèi)膽為長度一致的桿件，所述外殼體為碳纖維復(fù)合材料外殼體，且所述外殼體為由兩個呈Ω狀的薄壁殼對扣粘接成型的筒體，內(nèi)膽的兩端各與一個端頭蓋封固連接，內(nèi)膽置于外殼體的內(nèi)腔中，外殼體的兩端分別與一個端頭蓋固接，兩個端頭蓋中的其中一個的中心處開有充氣孔， 在外殼體的側(cè)壁上沿其長度方向開有多個用于排出內(nèi)膽與外殼體之間的殘余氣體的排氣孔；一副粘扣條的鉤面、毛面分別對應(yīng)縫接在每個呈Ω狀的薄壁殼的外側(cè)壁上，使所述充氣伸展臂采用卷曲方式進行折疊時通過粘扣條的粘接力牢固地收攏在一起。本發(fā)明的有益效果是現(xiàn)有的伸展臂采用圓截面結(jié)構(gòu)，在完全展開后、在無壓差的情況下，圓截面變成橢圓截面。由于采有層合鋁作為外殼，卷曲折疊易產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致其直線度不高。本發(fā)明由于采用雙Ω形碳纖維復(fù)合材料作為伸展臂的外殼體，利用雙Ω形在無壓差情況下仍能保持其自身幾何形狀的結(jié)構(gòu)特征以及碳纖維復(fù)合材料在卷曲狀態(tài)下無塑性變形進而展開后能完全恢復(fù)原有形狀來解決本發(fā)明所述技術(shù)問題。經(jīng)比較，本發(fā)明展開后雙Ω截面比圓截面、橢圓截面都更穩(wěn)定。本發(fā)明所述的雙Ω形碳纖維復(fù)合材料充氣伸展臂采用卷曲的方式進行折疊，放入火箭裝載艙時處于折疊狀態(tài)，發(fā)射進入太空后，通過端頭蓋上的充氣孔向管子內(nèi)部充入氣體，伸展臂充分展開，達到工作狀態(tài)。本發(fā)明可用于重力梯度桿、太陽帆、太陽能帆板、大口徑天線、超長型單極和雙極天線、衛(wèi)星桁架結(jié)構(gòu)、大型高精度光學(xué)反射鏡的遮陽罩等結(jié)構(gòu)的展開驅(qū)動機構(gòu)；也可以作為結(jié)構(gòu)部件使用，用于支撐相機及其它載荷。本發(fā)明的突出優(yōu)點在于以下幾個方面一、本發(fā)明的外殼體1由碳纖維復(fù)合材料構(gòu)成，纖維復(fù)合材不能被磁化，即不會產(chǎn)生磁力矩；二、薄壁碳纖維復(fù)合材料能長期存儲不產(chǎn)生塑性變形，展開后與設(shè)計的直線度一致性高，直線度小于2mm/m;三、碳纖維復(fù)合材料管壁，施加輕微外力即可壓扁并卷曲折疊，折疊效率高(去掉具體尺寸)；四、管壁上有一系列排氣孔當(dāng)收攏結(jié)構(gòu)在火箭發(fā)射快速上升過程中，能快速排空殘余氣體；五、管壁(外殼體)由兩個“ Ω ”形狀薄壁殼的對扣成型，展開后，管壁成型為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形式，外殼體的截面形式不隨管內(nèi)壓力以及存儲時間的變化而變化；提高外殼體的抗彎、抗壓和抗扭剛度，進一步提高了外殼體的直線度；六、同樣的重量/長度比(小于100g/m)情況下，具有更優(yōu)的力學(xué)性能。能夠?qū)崿F(xiàn)超長的制作，達到上百米的長度，從而滿足構(gòu)件超大型結(jié)構(gòu)的要求；七、結(jié)構(gòu)簡單，無關(guān)節(jié)；本發(fā)明通過氣體驅(qū)動，連續(xù)的粘扣控制展開，可以實現(xiàn)可靠的控制展開；八、本發(fā)明具有較強的可設(shè)計性，可以根據(jù)不同的展開驅(qū)動力、展開時間和力學(xué)性能要求，進行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，滿足不同的使用要求。九、不僅伸展臂的頂端可與有效載荷相連，而且側(cè)邊也可連接有效載荷，如太陽帆帆面等。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明展開狀態(tài)的示意圖(圖2中設(shè)有兩副粘扣條4)，圖3是本發(fā)明的碳纖維復(fù)合材料外殼體的截面形狀示意圖，圖4是卷曲前碳纖維復(fù)合材料外殼體被壓扁后的示意圖，圖5是端頭蓋的主視圖，圖6是圖5的左視圖。
具體實施例方式具體實施方式
一如圖1 6所示，本實施方式所述的一種雙Ω形碳纖維復(fù)合材料充氣伸展臂包括外殼體1、內(nèi)膽2、兩個端頭蓋3和至少一副粘扣條4，殼體1和內(nèi)膽2為長度一致的桿件，其特征在于所述外殼體1為碳纖維復(fù)合材料外殼體，且所述外殼體1為由兩個呈Ω狀的薄壁殼1-1對扣粘接成型的筒體，內(nèi)膽2的兩端各與一個端頭蓋3封固連接，內(nèi)膽2置于外殼體1的內(nèi)腔中，外殼體1的兩端分別與一個端頭蓋3固接，兩個端頭蓋 3中的其中一個的中心處開有充氣孔3-1，在外殼體1的側(cè)壁上沿其長度方向開有多個用于排出內(nèi)膽1與外殼體1之間的殘余氣體的排氣孔1-2 ；—副粘扣條4的鉤面、毛面分別對應(yīng)縫接在每個呈Ω狀的薄壁殼1-1的外側(cè)壁上，使所述充氣伸展臂采用卷曲方式進行折疊時通過粘扣條4的粘接力牢固地收攏在一起。本發(fā)明所述充氣伸展臂的長度L可達到100m。雙Ω形狀碳纖維復(fù)合材料，其邊緣寬度W —般大于5mm，首圈折疊半徑大于50mm。本實施方式所述的充氣伸展臂在卷曲時，將中心處開有充氣孔3-1的一個端頭蓋 3露在外部，以便于充氣展開。外殼體1的兩個呈Ω狀的薄壁殼1-1可都開有排氣孔1-2， 排氣孔1-2的間距為15cm，排氣孔1-2的孔徑小于4mm(孔邊緣通過光滑倒角處理，防止應(yīng)力集中和刺破內(nèi)膽)。密封內(nèi)膽2在兩個呈Ω狀的薄壁殼1-1之間。外殼體1和內(nèi)膽2的長度相當(dāng)。
具體實施方式
二 本實施方式所述呈Ω狀的薄壁殼1-1的壁厚為0.05mm 0.2mm。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖1 6所示，本實施方式所述內(nèi)膽2為由聚酰亞胺材料制成的薄膜管，其壁厚為0. 025mm。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四如圖1 6所示，本實施方式所述充氣伸展臂還包括兩個搭扣帶 5，外殼體1的兩端分別通過一個搭扣帶5固接在相應(yīng)的端頭蓋3上。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
三相同。
權(quán)利要求
1.一種雙Ω形碳纖維復(fù)合材料充氣伸展臂，所述充氣伸展臂包括外殼體(1)、內(nèi)膽(2)、兩個端頭蓋(3)和至少一副粘扣條(4)，殼體⑴和內(nèi)膽⑵為長度一致的桿件，其特征在于所述外殼體(1)為碳纖維復(fù)合材料外殼體，且所述外殼體(1)為由兩個呈Ω狀的薄壁殼(1-1)對扣粘接成型的筒體，內(nèi)膽(2)的兩端各與一個端頭蓋(3)封固連接，內(nèi)膽 ⑵置于外殼體⑴的內(nèi)腔中，外殼體⑴的兩端分別與一個端頭蓋⑶固接，兩個端頭蓋(3)中的其中一個的中心處開有充氣孔(3-1)，在外殼體(1)的側(cè)壁上沿其長度方向開有多個用于排出內(nèi)膽(1)與外殼體(1)之間的殘余氣體的排氣孔(1-2)；—副粘扣條(4)的鉤面、毛面分別對應(yīng)縫接在每個呈Ω狀的薄壁殼(1-1)的外側(cè)壁上，使所述充氣伸展臂采用卷曲方式進行折疊時通過粘扣條(4)的粘接力牢固地收攏在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙Ω形碳纖維復(fù)合材料充氣伸展臂，其特征在于所述呈Ω狀的薄壁殼(1-1)的壁厚為0. 05mm 0. 2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種雙Ω形碳纖維復(fù)合材料充氣伸展臂，其特征在于 所述內(nèi)膽(2)為由聚酰亞胺材料制成的薄膜管，其壁厚為0.025mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙Ω形碳纖維復(fù)合材料充氣伸展臂，其特征在于所述充氣伸展臂還包括兩個搭扣帶(5)，外殼體(1)的兩端分別通過一個搭扣帶(5)固接在相應(yīng)的端頭蓋⑶上。
全文摘要
一種雙Ω形碳纖維復(fù)合材料充氣伸展臂，它涉及一種充氣伸展臂。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有鋼條增強的充氣式展開支撐桿所存在的抗彎剛度低、易磁化，長期存儲易產(chǎn)生塑性變形的問題。所述外殼體為碳纖維復(fù)合材料外殼體，且所述外殼體為由兩個呈Ω狀的薄壁殼對扣粘接成型的筒體，內(nèi)膽的兩端各與一個端頭蓋封固連接，外殼體的兩端分別與一個端頭蓋固接，在外殼體的側(cè)壁上開有排氣孔；一副粘扣條的鉤面、毛面分別對應(yīng)縫接在每個呈Ω狀的薄壁殼的外側(cè)壁上，使所述充氣伸展臂采用卷曲方式進行折疊時通過粘扣條的粘接力牢固地收攏在一起。本發(fā)明可用于重力梯度桿、太陽帆、太陽能帆板等結(jié)構(gòu)的展開驅(qū)動機構(gòu)中。
文檔編號B64G1/44GK102320384SQ20111017168
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者余建新, 劉宇艷, 衛(wèi)劍征, 林國昌, 王長國, 謝志民, 譚惠豐 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)