一種適用于大角度展開機構(gòu)的多層帳篷的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種適用于大角度展開機構(gòu)的多層帳篷，包括多層隔熱組件、充氣支撐桿、柔性卡箍及充氣系統(tǒng)；其中，多層隔熱組件為雙面鍍鋁聚酯膜和滌綸網(wǎng)交替疊合，且外表面粘有一層導(dǎo)電型聚酰亞胺薄膜鍍鋁二次表面鏡；充氣支撐桿由內(nèi)膽、硬化層及外層構(gòu)成，其中內(nèi)膽為聚酰亞胺膜，硬化層為鋁箔，外層為鋁/聚酰亞胺復(fù)合膜，且充氣支撐桿的外表面鍍鋁；多層隔熱組件的下擺固連于展開機構(gòu)安裝板上，充氣支撐桿通過柔性卡箍固定于展開機構(gòu)安裝板和多層隔熱組件的內(nèi)表面上，充氣系統(tǒng)與充氣支撐桿相連。本發(fā)明降低了多層隔熱組件的尺寸，有效避免了帳篷展開后多層隔熱組件的積壓，以及與機構(gòu)發(fā)生干涉的風(fēng)險。
【專利說明】一種適用于大角度展開機構(gòu)的多層帳篷
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天器熱控【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種適用于大角度展開機構(gòu)的多層帳篷。
【背景技術(shù)】
[0002]多層隔熱材料在航天器上廣泛應(yīng)用，是航天器控制熱流和溫度的重要手段之一。實際使用時，多層隔熱材料通常制成多層隔熱組件，包扎在航天器相應(yīng)部位，起到隔熱、保溫和控制溫度的作用。對于轉(zhuǎn)動機構(gòu)通常采用多層帳篷的設(shè)計方法，將多層隔熱組件做成圓筒狀。圓筒狀多層隔熱組件的底部固定在機構(gòu)的安裝板上，圓筒狀多層隔熱組件的頂部固定在機構(gòu)連接支架上。圓筒狀多層隔熱組件尺寸應(yīng)留有一定余量，機構(gòu)運動時連接支架帶動多層隔熱組件一起運動，這種設(shè)計方法能夠有效地保證機構(gòu)的工作溫度。
[0003]隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，機構(gòu)的轉(zhuǎn)動角度越來越大，傳統(tǒng)的多層帳篷設(shè)計方法已經(jīng)無法滿足機構(gòu)的設(shè)計要求。增加支撐結(jié)構(gòu)成為多層帳篷設(shè)計的首選方法，當(dāng)采用結(jié)構(gòu)桿或結(jié)構(gòu)板作為多層帳篷的支撐時，為了適應(yīng)機構(gòu)的大范圍轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)桿或結(jié)構(gòu)板需安裝在機構(gòu)運動包絡(luò)范圍外，使多層帳篷設(shè)計尺寸偏大，由于多層隔熱組件具有柔軟、疏松的特點，機構(gòu)在展開過程中容易出現(xiàn)多層隔熱組件在某個區(qū)域的積壓，導(dǎo)致多層帳篷與機構(gòu)發(fā)生接觸，嚴(yán)重時會導(dǎo)致多層隔熱組件與機構(gòu)發(fā)生鉤掛，影響機構(gòu)轉(zhuǎn)動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為航天器熱控設(shè)計提供了一種適用于大角度展開機構(gòu)的多層帳篷，該帳篷采用充氣展開結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)板/桿設(shè)計相比，降低了多層隔熱組件的尺寸，減小了機構(gòu)收攏時多層帳篷占用的空間，有效避免了帳篷展開后多層隔熱組件的積壓，以及與機構(gòu)發(fā)生干涉的風(fēng)險。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0006]一種適用于大角度展開機構(gòu)的多層帳篷，包括多層隔熱組件、充氣支撐桿、柔性卡箍及充氣系統(tǒng)；其中，多層隔熱組件為雙面鍍鋁聚酯膜和滌綸網(wǎng)交替疊合，且外表面粘有一層導(dǎo)電型聚酰亞胺薄膜鍍鋁二次表面鏡；充氣支撐桿由內(nèi)膽、硬化層及外層構(gòu)成，其中內(nèi)膽為厚度100 μ m聚酰亞胺膜，硬化層為厚度100 μ m鋁箔，外層為厚度150 μ m鋁/聚酰亞胺復(fù)合膜，且充氣支撐桿的外表面鍍鋁；
[0007]多層隔熱組件的下擺固連于展開機構(gòu)安裝板上，充氣支撐桿通過柔性卡箍固定于展開機構(gòu)安裝板和多層隔熱組件的內(nèi)表面上，充氣系統(tǒng)與充氣支撐桿相連。
[0008]進一步地，本發(fā)明所述內(nèi)膽與硬化層之間、硬化層與外層之間由聚酰亞胺膠粘劑膠粘。
[0009]進一步地，本發(fā)明鋁/聚酰亞胺復(fù)合膜在制備過程中先采用強堿將聚酰亞胺膜表面水解，通過離子交換將鋁離子摻雜到聚酰亞胺表面，然后通過紫外燈曝光，使鋁離子跟聚酰亞胺膜面粘附。[0010]進一步地，本發(fā)明所述充氣系統(tǒng)由氮氣存儲罐、氣濾、壓力傳感器、充氣控制電磁閥、單向閥及充氣系統(tǒng)控制器組成；其中，
[0011]氮氣存儲罐的輸出管路上依次連接氣濾、壓力傳感器、充氣控制電磁閥和單向閥；充氣系統(tǒng)控制器分別與壓力傳感器和充氣控制電磁閥相連，用于采集壓力傳感器信號，并為充氣控制電磁閥提供驅(qū)動；充氣系統(tǒng)的單向閥通過管路與所述充氣支撐桿相連。
[0012]進一步地，本發(fā)明所述管路由鈦合金制成，外徑4mm,內(nèi)徑2mm。
[0013]進一步地，本發(fā)明柔性卡箍由柔性聚酰亞胺編織帶和空心銅鉚釘構(gòu)成，所述柔性聚酰亞胺編織帶由3條寬15mm,長300mm的聚酰亞胺條編織而成。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0015](I)本發(fā)明多層帳篷設(shè)計，其利用充氣支撐桿作為多層帳篷的支撐件，能夠有效地適應(yīng)收縮和展開后角度相差很大(大于90度)的機構(gòu)，與采用結(jié)構(gòu)支撐桿/板設(shè)計方法相t匕，降低了熱設(shè)計的重量和體積。
[0016](2)本發(fā)明充氣支撐桿采用聚酰亞胺膜、鋁箔、鋁/聚酰亞胺復(fù)合膜熱壓方法制成充氣支撐桿壁面材料，具有重量輕、可靠性高等特點，充氣硬化后即便充氣支撐桿內(nèi)氣體壓力下降仍能具有較高的機械強度。
[0017](3)本發(fā)明采用的充氣展開技術(shù)，具有更高的設(shè)計靈活性，支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計受航天器總體的限制減少。
[0018](4)本發(fā)明采用的柔性卡箍技術(shù)，使充氣支撐桿在多層帳篷內(nèi)的安裝工藝簡單可行，并能很好的滿足航天器經(jīng)歷的力學(xué)環(huán)境要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明多層帳篷未展開的示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明多層帳篷展開的示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明充氣支撐桿結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖4為本發(fā)明充氣支撐桿的局部剖視圖；
[0023]圖5為本發(fā)明柔性卡箍結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖6為本發(fā)明充氣系統(tǒng)原理圖；
[0025]其中，多層隔熱組件-1，充氣支撐桿_2，柔性卡箍-3，內(nèi)膽-21，硬化層-22，外層-23，柔性聚酰亞胺編織帶-31，空心銅鉚釘-33。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細(xì)說明:
[0027]本發(fā)明的設(shè)計思想為:本發(fā)明考慮將充氣展開的充氣支撐桿結(jié)構(gòu)用作多層帳篷的支撐，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)桿和結(jié)構(gòu)板相比，充氣支撐桿具有重量輕、體積小、充氣前可折疊等優(yōu)點。在應(yīng)用時，將充氣支撐桿采用柔性卡箍安裝在多層隔熱組件的內(nèi)表面，隨著多層隔熱組件一起包覆。充氣支撐桿在充氣前能夠適應(yīng)多層隔熱組件的形狀。轉(zhuǎn)動機構(gòu)在軌展開后，充氣系統(tǒng)對充氣支撐桿充氣并使之硬化，從而使充氣結(jié)構(gòu)有效地支撐多層隔熱組件。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明適用于大角度展開機構(gòu)的多層帳篷，包括多層隔熱組件1、充氣支撐桿2、柔性卡箍3及充氣系統(tǒng)；其中，多層隔熱組件I為雙面鍍鋁聚酯膜和滌綸網(wǎng)交替疊合(即一層雙面鍍鋁聚酯膜一層滌綸網(wǎng)交替的疊放一起，若需要求多層隔熱組件較厚，則疊放多幾層)，且外表面粘有一層導(dǎo)電型聚酰亞胺薄膜鍍鋁二次表面鏡；充氣支撐桿2由內(nèi)膽21、硬化層22及外層23構(gòu)成，其中內(nèi)膽21為厚度100 μ m聚酰亞胺膜，硬化層22為厚度100 μ m鋁箔，外層23為厚度150 μ m鋁/聚酰亞胺復(fù)合膜，且充氣支撐桿2的外表面鍍鋁；多層隔熱組件I的下擺固連于展開機構(gòu)安裝板上，充氣支撐桿2通過柔性卡箍3固定于展開機構(gòu)安裝板和多層隔熱組件I的內(nèi)表面上，充氣系統(tǒng)與充氣支撐桿2相連。
[0029]本發(fā)明多層帳篷，其利用多層隔熱組件I隔熱、保溫，利用充氣支撐桿2為多層隔熱組件I提供支撐，利用充氣系統(tǒng)為充氣支撐桿2提供氣壓，使充氣支撐桿2充氣，當(dāng)充氣支撐桿2內(nèi)壁應(yīng)力達到硬化層22的屈服強度時產(chǎn)生塑性變形，從而使充氣支撐桿2產(chǎn)生硬化，取得了一定剛度。硬化后的充氣支撐桿2能夠有效地避免多層帳篷與機構(gòu)間發(fā)生干涉。
[0030]圖1和圖2中所示，在設(shè)計時先確定大角度展開機構(gòu)的極限位置，以及極限位置在機構(gòu)安裝板上的投影。然后采用透明硬質(zhì)塑料布進行采樣，采樣時塑料布的外形尺寸需適應(yīng)機構(gòu)轉(zhuǎn)動的極限位置，即塑料布不應(yīng)限制機構(gòu)的轉(zhuǎn)動，同時塑料布在包覆時應(yīng)形成閉合的帳篷。然后制作和加工多層隔熱組件1，多層隔熱組件I的下擺采用銷釘和壓片固定在展開機構(gòu)安裝板上，多層隔熱組件I的上沿采用銷釘和壓片固定在展開機構(gòu)連接支架上。進行機構(gòu)轉(zhuǎn)動試驗，分析多層隔熱組件I出現(xiàn)積壓的位置，根據(jù)展開機構(gòu)的極限位置確定充氣支撐桿2的位置及高度，充氣支撐桿2的固定位置通常為展開機構(gòu)極限位置在機構(gòu)安裝板上投影的外側(cè)，距投影線距離一般為充氣支撐桿2直徑的3?5倍。采用柔性卡箍3將充氣支撐桿2固定在機構(gòu)(該多層帳篷的適用對象)安裝板和多層隔熱組件I內(nèi)表面上。在實際應(yīng)用過程中，待機構(gòu)展開到一定位置時，開啟充氣系統(tǒng)，使充氣支撐桿2充氣并且硬化，支撐多層隔熱組件1，避免其與機構(gòu)發(fā)生觸碰。
[0031]充氣支撐桿2是本發(fā)明的核心部件，其結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。充氣支撐桿2由內(nèi)膽21、硬化層22、外層23構(gòu)成。內(nèi)膽21是充氣的主要部件，充氣支撐桿2的支撐作用依靠氣體充入內(nèi)膽21實現(xiàn)。硬化層22是充氣支撐桿2提供剛度的主要部件，充氣支撐桿2充氣后依靠硬化層22的硬化來承受載荷。外層23是保護充氣支撐桿2表面不受磨損。充氣支撐桿2加工時采用聚酰亞胺膜+鋁箔+鋁/聚酰亞胺復(fù)合膜+鍍鋁層結(jié)構(gòu)，并利用聚酰亞胺膠粘劑碾壓在一起制成，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐輻照、制作工藝簡單、放氣率低等特點。鋁/聚酰亞胺復(fù)合膜在制備過程中應(yīng)先采用強堿將聚酰亞胺膜表面水解，通過離子交換將鋁離子摻雜到聚酰亞胺表面，然后通過長時間紫外燈曝光，使鋁離子跟聚酰亞胺膜面良好的粘附，提高鋁/聚酰亞胺復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)強度和耐磨性。
[0032]柔性卡箍3是連接充氣支撐桿2和多層隔熱組件I的重要部件，其應(yīng)用如圖5所示。柔性卡箍3主要由柔性聚酰亞胺編織帶31和空心銅鉚釘32構(gòu)成。柔性聚酰亞胺編織帶31的作用是固定充氣支撐桿2，同時具有一定彈性，以適應(yīng)充氣支撐桿2的變形，柔性聚酰亞胺編織帶31采用3條寬15mm，長300mm的聚酰亞胺條按麻花辮編織方法進行制作。空心銅鉚釘32的作用是將柔性聚酰亞胺編織帶31固定在多層隔熱組件I上。
[0033]充氣系統(tǒng)由氮氣存儲罐、氣濾、壓力傳感器、充氣控制電磁閥、單向閥、管路及充氣系統(tǒng)控制器組成，原理圖如圖6所示。其中，氮氣存儲罐的輸出管路上依次連接氣濾、壓力傳感器、充氣控制電磁閥和單向閥；充氣系統(tǒng)控制器分別與壓力傳感器和充氣控制電磁閥相連，用于采集壓力傳感器信號，并為充氣控制電磁閥提供驅(qū)動；充氣系統(tǒng)中的單向閥通過管路與所述充氣支撐桿2相連。氮氣存儲罐主要用于存儲高壓氮氣，氣濾用于過濾氣體中雜質(zhì)，壓力傳感器用于監(jiān)測充氣管路內(nèi)的壓力，充氣控制電磁閥用于充氣過程控制，單向閥用于避免管路內(nèi)氣體發(fā)生倒流，管路用于氣體傳輸，充氣系統(tǒng)控制器用于采集壓力傳感器信號，并為充氣控制電磁閥提供驅(qū)動。充氣系統(tǒng)在設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)各部件的工作溫度范圍進行布局，充氣系統(tǒng)的各個部件，除管路外通常均應(yīng)放置在艙內(nèi)，管路通過機構(gòu)安裝板上的開孔與充氣支撐桿2連接，管路暴露在艙外的部分應(yīng)進行保溫設(shè)計。
[0034]本發(fā)明在使用時，帳篷的下擺采用銷釘和壓片固定在機構(gòu)安裝板上，帳篷的上沿采用銷釘和壓片固定在機構(gòu)連接支架上，帳篷的側(cè)面的搭接區(qū)域采用滌綸線進行縫合；充氣支撐桿2含有充氣孔的一側(cè)固定在機構(gòu)安裝板上。
[0035]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
[0036]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于大角度展開機構(gòu)的多層帳篷，其特征在于，包括多層隔熱組件(I)、充氣支撐桿(2)、柔性卡箍(3)及充氣系統(tǒng)；其中，多層隔熱組件(I)為雙面鍍鋁聚酯膜和滌綸網(wǎng)交替疊合，且外表面粘有一層導(dǎo)電型聚酰亞胺薄膜鍍鋁二次表面鏡；充氣支撐桿(2)由內(nèi)膽(21)、硬化層(22)及外層(23)構(gòu)成，其中內(nèi)膽(21)為厚度100 μ m聚酰亞胺膜，硬化層(22)為厚度100 μ m鋁箔，外層(23)為厚度150 μ m鋁/聚酰亞胺復(fù)合膜，且充氣支撐桿(2)的外表面鍍鋁； 多層隔熱組件(I)的下擺固連于展開機構(gòu)安裝板上，充氣支撐桿(2)通過柔性卡箍(3)固定于展開機構(gòu)安裝板和多層隔熱組件(I)的內(nèi)表面上，充氣系統(tǒng)與充氣支撐桿(2)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于大角度展開機構(gòu)的多層帳篷，其特征在于，所述內(nèi)膽(21)與硬化層(22)之間、硬化層(22)與外層(23)之間由聚酰亞胺膠粘劑膠粘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述適用于大角度展開機構(gòu)的多層帳篷，其特征在于，所述鋁/聚酰亞胺復(fù)合膜在制備過程中先采用強堿將聚酰亞胺膜表面水解，通過離子交換將鋁離子摻雜到聚酰亞胺表面，然后通過紫外燈曝光，使鋁離子跟聚酰亞胺膜面粘附。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于大角度展開機構(gòu)的多層帳篷，其特征在于，所述充氣系統(tǒng)由氮氣存儲罐、氣濾、壓力傳感器、充氣控制電磁閥、單向閥及充氣系統(tǒng)控制器組成；其中， 氮氣存儲罐的輸出管路上依次連接氣濾、壓力傳感器、充氣控制電磁閥和單向閥；充氣系統(tǒng)控制器分別與壓力傳感器和充氣控制電磁閥相連，用于采集壓力傳感器信號，并為充氣控制電磁閥提供驅(qū)動；充氣系統(tǒng)的單向閥通過管路與所述充氣支撐桿(2)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述適用于大角度展開機構(gòu)的多層帳篷，其特征在于，所述管路由鈦合金制成，外徑4mm,內(nèi)徑2mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述適用于大角度展開機構(gòu)的多層帳篷，其特征在于，所述柔性卡箍(3)由柔性聚酰亞胺編織帶(31)和空心銅鉚釘(32)構(gòu)成，所述柔性聚酰亞胺編織帶由3條寬15mm,長300mm的聚酰亞胺條編織而成。
【文檔編號】B64G1/58GK103935532SQ201410177366
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】菅魯京, 趙啟偉, 孫萌, 張旸 申請人:北京空間飛行器總體設(shè)計部