電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，包括主結(jié)構(gòu)模塊、四個(gè)可充/放電源模塊、減振系統(tǒng)以及傳感器模塊；主結(jié)構(gòu)模塊包括框架、上蓋板和下蓋板；每個(gè)電源模塊的四周與用于容納該電源模塊的方格空腔壁之間、每個(gè)電源模塊的底面與下蓋板、以及每個(gè)電源模塊的頂面與上蓋板之間分別設(shè)置有彈性墊。優(yōu)點(diǎn)為：本發(fā)明通過將電源模塊以彈性約束的方式嵌入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了承載、供電、減振等多功能高度融為一體，且結(jié)構(gòu)中采用了碳纖維復(fù)合材料等多種輕質(zhì)材料及空心框架結(jié)構(gòu)，有效減輕了結(jié)構(gòu)重量；同時(shí)由于省出了原有電源所占空間，增大了有效載荷可利用空間。因此，本發(fā)明大幅提高了系統(tǒng)平臺的載荷/質(zhì)量比、載荷/體積比及功能/結(jié)構(gòu)比。
【專利說明】
電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于材料、力學(xué)、能源等多學(xué)科交叉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電能與力學(xué)環(huán) 境管理多功能結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于現(xiàn)代航天器結(jié)構(gòu)，急需發(fā)展多功能結(jié)構(gòu)技術(shù)，把電、熱、推進(jìn)、減振、防護(hù)等獨(dú) 立功能單元與結(jié)構(gòu)平臺有機(jī)融合在一起，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、功能、電能、材料等的一體化成型，從 而消除傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)大量冗余的重量和體積，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的輕量化以及體積的小型化，提高 系統(tǒng)平臺的載荷/質(zhì)量比、功能/結(jié)構(gòu)比等，降低研制成本、延長航天器壽命，并增加航天器 能力。然而截止目前，尚未見到相關(guān)的文獻(xiàn)資料報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，可有效 解決上述問題。
[0004] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0005] 本發(fā)明提供一種電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)主結(jié)構(gòu)模塊、四個(gè)可 充/放電源模塊、一套減振系統(tǒng)以及一套傳感器模塊；
[0006] 所述主結(jié)構(gòu)模塊包括框架（10)、上蓋板(11)和下蓋板(12);其中，所述框架（10)的 整體外形呈田字構(gòu)型，具有四個(gè)方格空腔，所述框架（10)具有關(guān)于x、y和z三軸的全方位對 稱性;所述下蓋板（12)固定于所述框架（10)的底面;所述上蓋板（11)固定于所述框架（10) 的頂面;所述框架（10)、所述上蓋板(11)和所述下蓋板(12)組成主承力結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)承載 的功能；
[0007] 所述電源模塊包括4個(gè)，分別記為電源模塊I (20 )、電源模塊Π (21 )、電源模塊ΙΠ (22)和電源模塊IV(23);每個(gè)所述電源模塊通過彈性支撐以嵌埋方式設(shè)置于框架（10)、上 蓋板(11)和下蓋板(12)所形成的封閉方格空腔內(nèi)，并且，每個(gè)方格空腔內(nèi)唯一安裝1個(gè)所述 電源模塊;其中，彈性支撐包括彈性塊(30)和彈性墊(31);此外，電源模塊的正、負(fù)極線通過 強(qiáng)電電纜引出，連接到設(shè)置于所述框架（10)的外側(cè)壁的強(qiáng)電電連接器(24)上形成充放電接 口；所述電源模塊既具有多次充電與多次放電的功能，又具有充當(dāng)振子消耗振動能量的功 能；
[0008] 另外，每個(gè)所述電源模塊的四周與用于容納該電源模塊的方格空腔壁之間設(shè)置有 彈性塊(30);每個(gè)所述電源模塊的底面與所述下蓋板（12)之間設(shè)置有彈性墊(31)，每個(gè)所 述電源模塊的頂面與所述上蓋板（11)之間也設(shè)置有彈性墊(31);所述電源模塊、所述彈性 塊(30)和所述彈性墊(31)構(gòu)成減振系統(tǒng)，相當(dāng)于"彈簧-振子"模型，其中，所述彈性塊(30) 和所述彈性墊(31)相當(dāng)于具有一定剛度和阻尼的彈性支撐;所述電源模塊相當(dāng)于具有一定 質(zhì)量的振子，該減振系統(tǒng)一方面通過彈性支撐的變形吸振耗能，另一方面由作為振子的電 源模塊將結(jié)構(gòu)振動能量轉(zhuǎn)化為振子動能的方式來消耗振動能量，二者綜合作用的結(jié)果降低 了振動在多功能結(jié)構(gòu)中的傳遞，并有效管理電源模塊的力學(xué)環(huán)境；
[0009] 所述傳感器模塊包括若干個(gè)溫度傳感器和若干個(gè)加速度傳感器；其中，所述溫度 傳感器設(shè)置于所述電源模塊的內(nèi)腔和外側(cè)壁，用于監(jiān)測所述電源模塊的溫度;所述加速度 傳感器設(shè)置于所述框架（10)的內(nèi)壁、所述上蓋板（11)的內(nèi)壁和所述下蓋板（12)的內(nèi)壁，用 于測量所述框架（10)、所述上蓋板（11)和所述下蓋板（12)的振動情況，為多功能結(jié)構(gòu)內(nèi)部 電能與振動管理提供了檢測與監(jiān)控手段。
[0010] 優(yōu)選的，所述框架（10)采用兩類空心方管連接裝配而成，分別是位于四周的八根 邊框(10-1)和處于中心的四根龍骨(10-2);
[0011] 四根龍骨(10-2)通過十字型接頭組成十字結(jié)構(gòu)；
[0012] 八根邊框（10-1)分別命名為邊框I~邊框珊，先將每兩根邊框通過L型接頭組成L 型結(jié)構(gòu)，由此得到四個(gè)L型結(jié)構(gòu)；
[0013] 將四個(gè)L型結(jié)構(gòu)與由四根龍骨構(gòu)成的十字結(jié)構(gòu)通過T型接頭組合形成一個(gè)具有對 稱性的田字型框架。
[0014]優(yōu)選的，所述龍骨（10-2)和所述邊框（10-1)均采用碳纖維復(fù)合材料鋪層而成，鋪 層方式為[±45/0/±45]2s;
[0015]所述十字型接頭、所述L型接頭和所述T型接頭采用高比強(qiáng)度、低熱膨脹系數(shù)的鈦 合金材料制成;其與邊框(10-1)、龍骨(10-2)之間采用膠粘劑進(jìn)行粘接。
[0016]優(yōu)選的，在所述框架（10)的各轉(zhuǎn)角處還采用結(jié)構(gòu)膠粘劑粘接有L型的角片（10-3)， 角片（10-3)由聚酰亞胺絕緣材料制作而成，用于對框架（10)裝配連接處進(jìn)行加強(qiáng)，同時(shí)具 有絕緣作用；
[0017]在所述加速度傳感器的安裝處粘接有絕緣片（10-4)，該絕緣片也由聚酰亞胺絕緣 材料制成，能夠使加速度傳感器與主結(jié)構(gòu)模塊之間絕緣。
[0018]優(yōu)選的，所述上蓋板（11)和所述下蓋板（12)均采用上蒙皮/夾芯格板/下蒙皮構(gòu)成 的夾芯結(jié)構(gòu)形式；
[0019] 所述夾芯結(jié)構(gòu)形式是指:按自上而下順序，依次包括上蒙皮（11-1)、夾芯格板（11-2)和下蒙皮（11-3);所述上蒙皮（11-1)和所述夾芯格板（11-2)之間采用膠粘劑進(jìn)行連接， 控制粘接膠層的厚度在0.1mm~〇.2mm的范圍；所述下蒙皮(11-3)和所述夾芯格板(11-2)之 間采用膠粘劑進(jìn)行連接，控制粘接膠層的厚度在0.1mm~0.2mm的范圍；
[0020] 其中，夾芯格板（11_2)為筋條網(wǎng)格形式，所述上蒙皮（11_1)和所述下蒙皮（11_3) 均為面板形式，并且，所述上蒙皮(11-1)和所述下蒙皮(11-3)的結(jié)構(gòu)尺寸和材料完全相同；
[0021] 另外，所述上蒙皮（11-1)、所述夾芯格板（11-2)和所述下蒙皮（11-3)均采用碳纖 維復(fù)合材料制成，所述上蒙皮（11-1)和所述下蒙皮（11-3)鋪層方式為[0/±45/90/±45] s; 所述夾芯格板(11 -2)的鋪層方式為[0/ ± 45/90/0 ] 2S。
[0022] 優(yōu)選的，所述上蓋板（11)和所述下蓋板（12)設(shè)計(jì)有多個(gè)規(guī)則排列的圓形排氣孔， 用作工藝過程和真空環(huán)境下結(jié)構(gòu)內(nèi)部氣體的排出通道；
[0023] 另外，所述下蓋板（12)通過膠粘方式固定于所述框架（10)的底面；所述上蓋板 (11)通過螺釘以螺紋連接方式固定于所述框架（10)的頂面，螺釘安裝孔位于所述框架（10) 的四個(gè)角點(diǎn)、中心位置以及邊框和龍骨上;螺釘采用熱膨脹系數(shù)小的鈦合金材料制作，適用 于溫差大且變化劇烈的工作環(huán)境。
[0024] 優(yōu)選的，所述彈性塊(30)和所述彈性墊(31)所采用的材料為由高分子彈性材料乙 烯基封端聚二甲基硅氧烷制成的材料，該材料的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)式為：
[0025]
[0026] 所述彈性塊(30)和所述彈性墊(31)既具有結(jié)構(gòu)支撐電源模塊的功能，還可通過自 身彈性變形達(dá)到耗散一部分振動能量的作用，具有保護(hù)電源模塊的功能，同時(shí)還具有使電 源模塊與主結(jié)構(gòu)模塊絕緣及為電源模塊散熱的功能。
[0027] 優(yōu)選的，所述彈性塊(30)和彈性墊(31)以預(yù)壓方式進(jìn)行安裝，通過預(yù)壓縮產(chǎn)生彈 性力來實(shí)現(xiàn)對電源模塊的彈性約束支撐;所述彈性塊(30)呈長方體形狀，其兩端分別與框 架（10)的內(nèi)側(cè)面和電源模塊的外側(cè)面以面接觸方式相接，不存在固接關(guān)系；所述彈性墊 (31)呈井字構(gòu)型，一面通過膠粘劑與上蓋板（11)的下表面和下蓋板（12)的上表面粘接在一 起，而另一面僅以面接觸方式與電源模塊的表面相接，也不存在固接關(guān)系;安裝好后的彈性 塊(30)和彈性墊(31)均處于預(yù)壓緊狀態(tài)，具有結(jié)構(gòu)支撐作用，可使得靜止?fàn)顟B(tài)下的電源模 塊在框架(10)內(nèi)部保持位置確定。
[0028] 優(yōu)選的，在框架（10)的內(nèi)側(cè)，在每個(gè)彈性塊(30)兩側(cè)根部界限處的位置，均采用結(jié) 構(gòu)膠粘劑粘接有限位塊(32)，用于對彈性塊(30)進(jìn)行限位，使其不發(fā)生移動和錯(cuò)位。
[0029] 優(yōu)選的，所述電源模塊可采用鋰電池；
[0030] 和/或
[0031] 在所述電源模塊的內(nèi)部還引出若干電壓檢測線，并焊接到安裝于框架（10)外側(cè)壁 的電連接器(33)上，形成一個(gè)用于檢測每個(gè)電源模塊分級的電壓信號的檢測接口；
[0032] 和/或
[0033]所述上蓋板（11)的上表面和下蓋板（12)的下表面均進(jìn)行了打磨處理，使整個(gè)多功 能結(jié)構(gòu)的碳纖維表面具有導(dǎo)電一致性；
[0034] 在所述上蓋板（11)的上表面鋪貼有環(huán)形銅箱(50);在下蓋板（12)的下表面整面鋪 貼底層銅箱(51)，該底層銅箱(51)由若干一定寬度的銅箱拼接而成，形成一個(gè)整體導(dǎo)電面； 在所述框架（10)的外側(cè)壁均勻鋪貼有U形銅箱(52)，該U形銅箱(52)與所述上蓋板(11)上的 環(huán)形銅箱(50)和下蓋板(12)上的底層銅箱(51)進(jìn)行搭接，使整個(gè)電能與力學(xué)環(huán)境管理多功 能結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性一致；
[0035] 所述環(huán)形銅箱(50)的四個(gè)角還各安裝了一個(gè)接地粧(53)，該接地粧(53)的一端與 電源模塊的地線相連，另一端與外部地相連接，通過該接地粧(53)使得該多功能結(jié)構(gòu)整體 有效接地。
[0036] 本發(fā)明提供的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0037] (1)本發(fā)明通過將電源模塊以彈性約束的方式嵌入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了承 載、供電、減振等多功能高度融為一體，且結(jié)構(gòu)中采用了碳纖維復(fù)合材料等多種輕質(zhì)材料及 空心框架結(jié)構(gòu)，有效減輕了結(jié)構(gòu)重量；同時(shí)由于省出了原有電源所占空間，增大了有效載荷 可利用空間。因此，本發(fā)明大幅提高了系統(tǒng)平臺的載荷/質(zhì)量比、載荷/體積比及功能/結(jié)構(gòu) 比。
[0038] (2)本發(fā)明通過采用彈性支撐等減振設(shè)計(jì)考慮，使之能夠順利通過火箭上升段嚴(yán) 酷的振動力學(xué)環(huán)境考核，滿足航天應(yīng)用的需求；同時(shí)，通過材料選擇、排氣孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等考 慮，使之能夠經(jīng)受熱真空、熱循環(huán)等環(huán)境考核，適應(yīng)太空真空工作環(huán)境。
【附圖說明】
[0039] 圖1為本發(fā)明提供的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)的分解狀態(tài)示意圖；
[0040] 圖2為本發(fā)明提供的框架的正視圖；
[0041 ]圖3為本發(fā)明提供的框架的立體圖；
[0042] 圖4為本發(fā)明提供的L型接頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043] 圖5為本發(fā)明提供的十字型接頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044] 圖6為本發(fā)明提供的T型接頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖7為圖3中F區(qū)域的局部放大圖；
[0046] 圖8為本發(fā)明提供的上蓋板或下蓋板在一個(gè)角度下的分解狀態(tài)示意圖；
[0047] 圖9為本發(fā)明提供的上蓋板或下蓋板在另一個(gè)角度下的分解狀態(tài)示意圖；
[0048] 圖10為本發(fā)明提供的彈性墊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049] 圖11為本發(fā)明提供的電源模塊的裝配狀態(tài)正視圖；
[0050] 圖12為本發(fā)明提供的電源模塊的裝配狀態(tài)立體圖；
[0051]圖13為本發(fā)明提供的彈性塊的裝配狀態(tài)正視圖；
[0052]圖14為本發(fā)明提供的彈性塊的裝配狀態(tài)立體圖；
[0053]圖15為圖14中B區(qū)域的局部放大圖；
[0054]圖16為本發(fā)明提供的等效減振_旲型不意圖；
[0055]圖17為本發(fā)明提供的溫度傳感器和加速度傳感器的安裝位置示意圖；其中，WDC代 表溫度傳感器;JSDC代表加速度傳感器；
[0056]圖18為本發(fā)明提供的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)的頂面正視圖；
[0057]圖19為本發(fā)明提供的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)的底面正視圖；
[0058]圖20為本發(fā)明提供的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)的整體立體圖；
[0059] 圖21為本發(fā)明提供的多功能結(jié)構(gòu)作為航天器艙壁的示意圖；
[0060] 圖22為電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)的X方向的加速度輸出響應(yīng)圖；
[0061] 圖23為電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)的Y方向的加速度輸出響應(yīng)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0062] 為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合 附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以 解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0063] 針對結(jié)構(gòu)輕量化與體積小型化的需求，同時(shí)兼顧結(jié)構(gòu)減振及充/放電要求，本發(fā)明 提出了一種集承載、減振、供蓄電與測量功能于一體的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)。 [0064]結(jié)合圖1-圖23,本發(fā)明提供的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，包括包括一個(gè)主 結(jié)構(gòu)模塊、四個(gè)可充/放電源模塊、一套減振系統(tǒng)以及一套傳感器模塊，可承受頻率為〇~ 2000Hz范圍、總均方根加速度達(dá)28g的寬頻帶隨機(jī)振動和高達(dá)1600g的沖擊載荷，以及10g大 小的加速度載荷。
[0065] 以下對各部分詳細(xì)介紹：
[0066] ( - )主結(jié)構(gòu)模塊
[0067]主結(jié)構(gòu)模塊包括框架10、上蓋板11和下蓋板12。下蓋板12固定于框架10的底面，優(yōu) 選的，下蓋板12通過膠粘方式固定于框架10的底面;上蓋板11固定于框架10的頂面，優(yōu)選 的，上蓋板11通過螺釘以螺紋連接方式固定于框架10的頂面，螺釘安裝孔位于框架10的四 個(gè)角點(diǎn)、中心位置以及邊框和龍骨上;螺釘采用熱膨脹系數(shù)小的鈦合金材料制作，適用于溫 差大且變化劇烈的工作環(huán)境?？蚣?0、上蓋板11和下蓋板12組成主承力結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)承載 的功能。
[0068] (1)框架
[0069]框架10的整體外形呈田字構(gòu)型，具有四個(gè)方格空腔，框架10具有關(guān)于x、y和z三軸 的全方位對稱性，其中，坐標(biāo)系ο-xyz的定義如圖2和圖3所示，X軸和y軸位于框架10所在平 面內(nèi)，z軸垂直于o-xy平面并與X軸、y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。
[0070] 框架10采用兩類空心方管連接裝配而成，分別是位于四周的八根邊框10-1和處于 中心的四根龍骨10-2;四根龍骨10-2通過十字型接頭組成十字結(jié)構(gòu);八根邊框10-1分別命 名為邊框I~邊框珊，先將每兩根邊框通過L型接頭組成L型結(jié)構(gòu)，由此得到四個(gè)L型結(jié)構(gòu);將 四個(gè)L型結(jié)構(gòu)與由四根龍骨構(gòu)成的十字結(jié)構(gòu)通過T型接頭組合形成一個(gè)具有對稱性的田字 型框架。
[0071] 另外，龍骨10-2和邊框10-1兩類方管均采用碳纖維復(fù)合材料鋪層而成，鋪層方式 為[±45/0/±45]2S;十字型接頭、L型接頭和T型接頭采用高比強(qiáng)度、低熱膨脹系數(shù)的鈦合金 材料制成;其與邊框10-1、龍骨10-2之間采用膠粘劑進(jìn)行粘接。
[0072] 在框架10的8個(gè)轉(zhuǎn)角處還采用結(jié)構(gòu)膠粘劑粘接有L型的角片10-3,角片10-3由聚酰 亞胺絕緣材料制作，用于對框架10裝配連接處進(jìn)行加強(qiáng)，同時(shí)具有絕緣作用。
[0073] (2)上/下蓋板
[0074]上蓋板11和下蓋板12均采用上蒙皮/夾芯格板/下蒙皮構(gòu)成的夾芯結(jié)構(gòu)形式；
[0075]夾芯結(jié)構(gòu)形式是指:按自上而下順序，依次包括上蒙皮11-1、夾芯格板11-2和下蒙 皮11-3;上蒙皮11-1和夾芯格板11-2之間采用膠粘劑進(jìn)行連接，控制粘接膠層的厚度在 0.1mm~0.2mm的范圍；下蒙皮11-3和夾芯格板11-2之間采用膠粘劑進(jìn)行連接，膠粘劑優(yōu)選 為J47膠膜，從而控制粘接膠層的厚度在0.1mm~0.2mm的范圍；
[0076]其中，夾芯格板11_2為筋條網(wǎng)格形式，上蒙皮11-1和下蒙皮11-3均為面板形式，并 且，上蒙皮11-1和下蒙皮11-3的結(jié)構(gòu)尺寸和材料完全相同；
[0077] 另外，上蒙皮11-1、夾芯格板11-2和下蒙皮11-3均采用碳纖維復(fù)合材料制成，上蒙 皮11-1和下蒙皮11-3鋪層方式為[0/±45/90/±45] s;夾芯格板11-2的鋪層方式為[0/土 45/90/0]2s〇
[0078] 上蓋板11和下蓋板12設(shè)計(jì)有多個(gè)規(guī)則排列的圓形排氣孔，用作工藝過程和真空環(huán) 境下結(jié)構(gòu)內(nèi)部氣體的排出通道。
[0079](二)可充/放電源模塊
[0080]電源模塊包括4個(gè)，電源模塊可采用鋰電池，更優(yōu)選可采用固態(tài)鋰電池;將4個(gè)電源 模塊分別記為電源模塊120、電源模塊Π 21、電源模塊ΙΠ 22和電源模塊IV23;每個(gè)電源模塊 通過彈性支撐以嵌埋的方式設(shè)置于框架10、上蓋板11和下蓋板12所形成的封閉方格空腔 內(nèi)，并且，每個(gè)方格空腔內(nèi)唯一安裝1個(gè)電源模塊;其中，彈性支撐包括彈性塊30和彈性墊 31;此外，電源模塊的正、負(fù)極線通過強(qiáng)電電纜引出，連接到設(shè)置于框架10的外側(cè)壁的強(qiáng)電 電連接器24上形成充放電接口；電源模塊既具有多次充電與多次放電的功能，又具有充當(dāng) 振子消耗振動能量的功能。
[0081] 在電源模塊內(nèi)部還引出若干電壓檢測線，并焊接到安裝于框架10外側(cè)壁的電連接 器33上，形成一個(gè)用于檢測每個(gè)電源模塊分級的電壓信號的檢測接口。
[0082] 電源模塊還可以進(jìn)一步連接外置的電源管理單元，可以實(shí)現(xiàn)恒流充/放電或恒壓 充/放電，同時(shí)充/放電速度可控，從而有效實(shí)現(xiàn)對電能的管理。
[0083](三)減振系統(tǒng)
[0084]另外，每個(gè)電源模塊的四周與用于容納該電源模塊的方格空腔壁之間設(shè)置有彈性 塊30;每個(gè)電源模塊的底面與下蓋板12之間設(shè)置有彈性墊31，每個(gè)電源模塊的底面與上蓋 板11之間也設(shè)置有彈性墊31;電源模塊、彈性塊30和彈性墊31構(gòu)成減振系統(tǒng)，相當(dāng)于"彈簧-振子"模型，其中，彈性塊30和彈性墊31相當(dāng)于具有一定剛度和阻尼的彈性支撐；電源模塊 相當(dāng)于具有一定質(zhì)量的振子。該減振系統(tǒng)一方面通過彈性支撐的變形吸振耗能，另一方面 由作為振子的電源模塊將結(jié)構(gòu)振動能量轉(zhuǎn)化為振子動能的方式來消耗振動能量，二者綜合 作用的結(jié)果降低了振動在多功能結(jié)構(gòu)中的傳遞，并有效管理電源模塊的力學(xué)環(huán)境。
[0085]彈性塊30和彈性墊31所采用的材料為由高分子彈性材料乙烯基封端聚二甲基硅 氧烷制成的材料，該材料的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)式為：
[0086]
[0087]彈性塊30和彈性墊31既具有結(jié)構(gòu)支撐電源模塊的功能，還可通過自身彈性變形達(dá) 到耗散一部分振動能量的作用，具有保護(hù)電源模塊的功能，同時(shí)還具有電源模塊絕緣與散 熱的功能。
[0088] 彈性塊30呈長方體形狀，其兩端分別與框架10的內(nèi)側(cè)面和電源模塊的外側(cè)面以面 接觸方式相接，不存在固接關(guān)系;彈性墊31呈井字構(gòu)型，一面通過膠粘劑與上蓋板11的下表 面和下蓋板12的上表面粘接在一起，而另一面僅以面接觸方式與電源模塊的表面相接，不 存在固接關(guān)系;安裝好后的彈性塊30和彈性墊31均處于預(yù)壓緊狀態(tài)，具有結(jié)構(gòu)支撐作用，可 使得靜止?fàn)顟B(tài)下的電源模塊在框架10內(nèi)部保持位置確定。
[0089] 在框架10的內(nèi)側(cè)，在每個(gè)彈性塊30兩側(cè)根部界限處的位置，均采用結(jié)構(gòu)膠粘劑粘 接有限位塊32，用于對彈性塊30進(jìn)行限位。
[0090] (四）傳感器模塊
[0091 ]傳感器模塊包括若干個(gè)溫度傳感器和若干個(gè)加速度傳感器;其中，溫度傳感器設(shè) 置于電源模塊的內(nèi)腔和外側(cè)壁，用于監(jiān)測電源模塊的溫度;加速度傳感器設(shè)置于框架10的 內(nèi)壁、上蓋板11和內(nèi)壁和下蓋板12的內(nèi)壁，用于測量框架10、上蓋板11和下蓋板12的振動情 況，為多功能結(jié)構(gòu)內(nèi)部電能與振動管理提供了檢測與監(jiān)控手段。
[0092]此外，本發(fā)明中，在上蓋板11的上表面鋪貼有環(huán)形銅箱50,環(huán)形銅箱的四個(gè)角還各 連接到一個(gè)接地粧53，該接地粧53的一端與電源模塊的地線相連，另一端與外部地，例如航 天器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)地相連接;在下蓋板12的下表面整面鋪貼有底層銅箱51;在框架10的外側(cè) 壁均勻鋪貼有U形銅箱52,該U形銅箱52與環(huán)形銅箱50和底層銅箱51進(jìn)行搭接。
[0093]通過采用上述技術(shù)方案，形成了一種集承載、減振、供蓄電、測量等功能于一體的 電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)。
[0094]本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)如下：
[0095] (1)本發(fā)明通過將電源模塊以彈性約束的方式嵌入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了承 載、供電、減振等多功能高度融為一體，且結(jié)構(gòu)中采用了碳纖維復(fù)合材料等多種輕質(zhì)材料及 空心框架結(jié)構(gòu)，有效減輕了結(jié)構(gòu)重量；同時(shí)由于省出了原有電源所占空間，增大了有效載荷 可利用空間。因此，本發(fā)明大幅提高了系統(tǒng)平臺的載荷/質(zhì)量比、載荷/體積比及功能/結(jié)構(gòu) 比。
[0096] (2)本發(fā)明通過采用彈性支撐等減振設(shè)計(jì)考慮，使之能夠順利通過火箭上升段嚴(yán) 酷的振動力學(xué)環(huán)境考核，滿足航天應(yīng)用的需求；同時(shí)，通過材料選擇、排氣孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等考 慮，使之能夠經(jīng)受熱真空、熱循環(huán)等環(huán)境考核，適應(yīng)太空真空工作環(huán)境。
[0097] 本發(fā)明提供的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，具有承載、減振、供電、蓄電、數(shù)據(jù) 測量等多種功能，用于某型號航天器上，具有抗沖擊振動能力。
[0098] 下面結(jié)合裝配的工藝流程，對該多功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體描述。
[0099]第1步，框架裝配。
[0100] 框架的整體外形及結(jié)構(gòu)組成如圖2和圖3所示?？蚣懿捎糜蒑40J/TDE-86碳纖維復(fù) 合材料鋪層制成的空心方管連接裝配而成，方管外截面尺寸為30mm X 25mm，壁厚為2.5mm， 具體鋪層方式如下表1所示。按結(jié)構(gòu)形式，組成框架的方管可以分為兩類，分別是:位于四周 的邊框和處于中心的龍骨。
[0101] 邊框、龍骨通過在接頭上涂覆結(jié)構(gòu)膠粘劑(J133)粘接而得到框架。具體組合順序 如下:龍骨共計(jì)四根，先通過"十"字型接頭組成一個(gè)"十"字結(jié)構(gòu)；而邊框共計(jì)有八根，分別 命名為邊框I~邊框珊，先將每兩根通過"L"型接頭組成四個(gè)"L"型結(jié)構(gòu)，再將這四個(gè)"L"型 結(jié)構(gòu)與由四根龍骨構(gòu)成的"十"字結(jié)構(gòu)通過"T"型接頭組合形成一個(gè)具有對稱性的"田"字型 框架，其外緣包絡(luò)尺寸為800mmX800mmX25mm。所用的三種形狀接頭分別如圖4-圖6所示。
[0102] 為了對框架裝配連接處進(jìn)行加強(qiáng)，在框架各轉(zhuǎn)角處用結(jié)構(gòu)膠粘劑(J133)還粘接有 "L"型的角片，共計(jì)8個(gè)，厚度為1mm，如圖7所示。
[0103] 表1框架材料體系及鋪層方式
[0104]
[0105] 第2步，上、下蓋板制作。
[0106] 上蓋板和下蓋板的制作材料、結(jié)構(gòu)尺寸及鋪層方式完全相同。它們的外緣包絡(luò)尺 寸均為800mm X 800mm X 5mm，采用"上蒙皮/夾芯格板/下蒙皮"構(gòu)成的夾芯結(jié)構(gòu)形式，其中上 蒙皮和下蒙皮厚度均為〇.96mm，夾芯格板結(jié)構(gòu)為復(fù)合材料筋條形式，厚度為3mm，如圖8和圖 9所示。上蒙皮/夾芯格板/下蒙皮通過膠粘方式進(jìn)行連接，為嚴(yán)格控制粘接膠層的厚度(保 持在0.1mm~0.2mm的范圍），采用了 J47膠膜作為粘接劑。上/下蓋板具體采用的材料體系、 各層厚度及鋪層方式如下表2所示。
[0107] 表2上/下蓋板的材料體系及鋪層方式
[0108]
[0109] 上、下蓋板制作完成后，在表面打出規(guī)則排列的圓形排氣孔。
[0110] 第3步，下蓋板與框架粘接。
[0111] 采用J133結(jié)構(gòu)膠粘劑，將下蓋板與第1步中的框架粘接在一起，形成一體結(jié)構(gòu)。
[0112] 第4步，下蓋板與彈性墊膠接。
[0113] 彈性墊采用K216硅橡膠材料制成，其結(jié)構(gòu)外觀呈"井"字構(gòu)型，如圖10所示。彈性墊 的材料體系、結(jié)構(gòu)尺寸及性能參數(shù)如表3所示。
[0114] 表3彈性墊的相關(guān)參數(shù)
[0115]
[0116] 采用J133膠粘劑，將4個(gè)彈性墊依次粘接在下蓋板上。
[0117]第5步，電源模塊安裝。
[0118]該多功能結(jié)構(gòu)共包含有4個(gè)電源模塊，分別記為電源模塊I、Π 、m、IV。為確保可靠 性，本實(shí)施例中，將位置相鄰的2個(gè)電源模塊進(jìn)行串聯(lián)，得到兩組相同輸出電壓的電源，分別 稱為主份電源和備份電源。不難知道，也可以將不同數(shù)量的電源模塊(例如3個(gè)或4個(gè))進(jìn)行 串聯(lián)組合，從而得到不同大小輸出的直流電壓。
[0119] 電源模塊的外緣包絡(luò)尺寸為300mm X280mmX 20mm，整體外形如圖11和圖12所示。 然后，將四個(gè)電源模塊安裝于"田"字型框架與蓋板所形成的四個(gè)方格空腔內(nèi)，電源模塊的 下底面與彈性墊以面接觸方式進(jìn)行相接。在框架上安裝后的四個(gè)電源模塊總體示意圖如圖 12所示。
[0120]主/備份電源的正極線、負(fù)極線從其側(cè)面開槽引出，且通過C55/0812-18電纜分別 連接到一個(gè)5芯的強(qiáng)電電連接器上（本實(shí)施例選用Airbon公司生產(chǎn)、型號規(guī)格為MM-2F2-005-P13-2200-ZLP的5芯強(qiáng)電電連接器），強(qiáng)電電連接器設(shè)置在框架的外側(cè)壁上，形成主/備 份電源的充放電接口。
[0121] 在電源模塊內(nèi)部還引出了一組電壓檢測線，用于檢測每個(gè)電源模塊分級的電壓信 號。電壓檢測線通過電纜連接后焊接在一個(gè)15芯電連接器上(本實(shí)施例選用貴州航天電器 公司生產(chǎn)、型號規(guī)格為J30JHT15TJSAN01的15芯電連接器），電連接器同樣安裝于框架的外 側(cè)壁上。
[0122] 第6步，彈性塊安裝。
[0123] 彈性塊與彈性墊一樣，也采用K216硅橡膠材料制成。彈性塊呈長方體構(gòu)型，其結(jié)構(gòu) 如圖13和圖14所示，而材料體系、結(jié)構(gòu)尺寸及性能參數(shù)如表4所示。
[0124] 表4彈性塊的相關(guān)參數(shù)
[0125] V-Γ- | I . *W 丄 vtj 丄、| . 丄 χ_/
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[0126] 電源模塊的四個(gè)側(cè)面均通過彈性塊與與框架之間以面接觸方式相接，對于每根框 架的邊框或龍骨，均采用三個(gè)并列的彈性塊進(jìn)行連接，共計(jì)有3X4X4 = 48個(gè)，彈性塊與電 源模塊、框架之間均不存在固定連接關(guān)系。
[0127] 在框架的內(nèi)側(cè)，對應(yīng)于彈性塊兩側(cè)根部界限處的位置(具體位置如圖15所示），還 采用J133結(jié)構(gòu)膠粘劑粘接有96個(gè)限位塊(每個(gè)彈性塊根部采用兩個(gè)限位塊，共計(jì)2X3X4X 4 = 96個(gè)），如圖15所示，限位塊采用T300/E648纖維織物層合鋪覆材料制作，尺寸為10mmX 5mmX 2mm，用于對彈性塊進(jìn)行限位。
[0128] 安裝好后，彈性塊處于預(yù)壓緊狀態(tài)，電源模塊在框架內(nèi)部不能發(fā)生移動。
[0129] 電源模塊通過彈性塊、彈性墊與主承力結(jié)構(gòu)相接，構(gòu)成減振系統(tǒng)。減振模塊具有兩 個(gè)作用:管理內(nèi)部電源模塊的力學(xué)環(huán)境，以保護(hù)電源模塊;同時(shí)通過彈性材料的自身變形耗 散振動能量，減少振動在結(jié)構(gòu)中的傳遞。減振原理如圖16所示，本發(fā)明中的電源模塊相當(dāng)于 該圖中的減振元件，即具有質(zhì)量為111 2的振子，而彈性支撐相當(dāng)于剛度為k的彈簧和阻尼系數(shù) 為c的阻尼器。
[0130]系統(tǒng)的傳遞特性可表達(dá)為下式：
[0131]
(1)
[0132]式中mi表示整個(gè)電能與力學(xué)管理多功能結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，ω表示振動固有角頻率。
[0133] 那么在外界動載荷&的激勵(lì)下，結(jié)構(gòu)的輸出為：
[0134]
(2)
[0135] 因此，適當(dāng)?shù)剡x取減振元件的質(zhì)量!112以及彈性支撐的剛度k，使k-c〇2m2-〇,那么結(jié) 構(gòu)的振動χι-Ο，X2辛0，即振動將由減振元件承擔(dān)，通過減振元件的阻尼特性將振動衰減。
[0136] 第7步，傳感器粘接。
[0137] 傳感器包括溫度傳感器和加速度傳感器，是為了獲取結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度和加速度信 號，它們的具體安裝位置如圖17所示。共有8個(gè)溫度傳感器和8個(gè)加速度傳感器，其型號如表 5所示。
[0138] 表5內(nèi)部傳感器的型號及編號
[0139]
[0140] 溫度傳感器在圖中對應(yīng)的編號為WDC01~WDC08,編號為WDC01、WDC03、WDC05、 WDC07的溫度傳感器粘接在電源模塊外表面的側(cè)壁處，而編號為WDC02、WDC04、WDC06、WDC08 的溫度傳感器粘接在電源模塊的內(nèi)腔。傳感器通過電連接器與外部連接。使用GD414型硅橡 膠將溫度傳感器頭部進(jìn)行固定，溫度傳感器的引線從電源模塊側(cè)邊引出后走電源模塊的上 表面，并通過C55/0114-26導(dǎo)線連接到一個(gè)作為檢測接口的9芯弱電電連接器上(貴州航天 電器生產(chǎn)，型號為J30JH)。
[0141] 加速度傳感器在圖中對應(yīng)的編號為JSDC01~JSDC08，安裝位置位于框架的內(nèi)側(cè)壁 和蓋板的內(nèi)表面，其中框架內(nèi)側(cè)壁共計(jì)6個(gè)，上、下蓋板的內(nèi)表面各有1個(gè)，具體位置為:編號 為JSDC01的加速度傳感器安裝在邊框V的內(nèi)側(cè)壁，編號為JSDC02的加速度傳感器安裝在邊 框IV的內(nèi)側(cè)壁，編號為JSDC03的加速度傳感器安裝在下蓋板的上表面，編號為JSDC04的加 速度傳感器安裝在上蓋板的下表面，編號為JSDC05的加速度傳感器安裝在邊框I的內(nèi)側(cè)壁， 編號為JSDC06的加速度傳感器安裝在邊框珊的內(nèi)側(cè)壁，編號為JSDC07的加速度傳感器安裝 在邊框IV的內(nèi)側(cè)壁，編號為JSDC08的加速度傳感器安裝在邊框珊的內(nèi)側(cè)壁。安裝時(shí)，在結(jié)構(gòu) 本體的相應(yīng)位置上，先用J133膠粘接絕緣片，再將加速度傳感器通過J133膠粘接在絕緣片 上，以保證安裝后的加速度傳感器的殼體與多功能減振結(jié)構(gòu)的本體完全絕緣。安裝后將加 速度傳感器引線通過C55/0114-26導(dǎo)線連接到一個(gè)9芯的電連接器上（貴州航天電器生產(chǎn)， 型號為J30JH)。
[0142] 第8步，上蓋板與彈性墊膠接。
[0143] 同樣采用J133結(jié)構(gòu)膠粘劑，將上蓋板與彈性墊粘接在一起，形成一體結(jié)構(gòu)。
[0144] 第9步，上蓋板安裝。
[0145] 在框架的四個(gè)角點(diǎn)、中心位置以及邊框和龍骨上開設(shè)安裝螺孔，通過材料為鈦合 金TC-4R的結(jié)構(gòu)安裝螺釘及相應(yīng)的平墊圈和彈簧墊圈，將上蓋板緊固在框架上，這樣便形成 一個(gè)完整的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，其組裝好的整體示意圖如圖20所示。
[0146] 上蓋板安裝后，彈性墊也處于預(yù)壓緊狀態(tài)，電源模塊在框架內(nèi)部不能發(fā)生移動。
[0147] 第10步，導(dǎo)電銅箱和接地粧安裝。
[0148] 為使整個(gè)多功能結(jié)構(gòu)的碳纖維表面具有導(dǎo)電一致性，對上蓋板的上表面和下蓋板 的下表面均進(jìn)行了打磨處理;然后，在上蓋板上表面鋪貼環(huán)形銅箱(見圖18)，在下蓋板下表 面整面鋪貼底層銅箱(本實(shí)施例中，該底層銅箱由若干50_寬度的銅箱拼接而成，形成一個(gè) 整體導(dǎo)電面，見圖19)，而在框架側(cè)壁均勻鋪貼U形銅箱，該U形銅箱與環(huán)形銅箱和底層銅箱 進(jìn)行搭接(見圖20)。
[0149] 為使該多功能結(jié)構(gòu)有效接地，最后將環(huán)形銅箱的四個(gè)角各連接到一個(gè)接地粧(見 圖20)，該接地粧的一端與電源模塊的地線相連，另一端與航天器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)地相連接。
[0150] 本發(fā)明所述電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)作為一種具有承載功能的結(jié)構(gòu)，既可 以直接取代原有的航天器艙板，也可以作為一種航天器艙內(nèi)的承力板結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中， 將本發(fā)明直接取代某航天器原有的一個(gè)艙板，其示意圖如圖21所示。
[0151] 為進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明的減振效果，在地面條件下開展加速度響應(yīng)測試試驗(yàn)。如圖 17所示，分別在X軸方向上的A點(diǎn)、Y軸方向上的B點(diǎn)利用力錘敲擊本發(fā)明的邊框，通過測試計(jì) 算機(jī)采集得到加速度傳感器的響應(yīng)信號。在X方向上敲擊時(shí)得到加速度傳感器1(JSDC01)和 5(JSDC05)的加速度信號如圖22所示;而在Y方向上敲擊時(shí)得到加速度傳感器2(JSDC02)和6 (JSDC06)的加速度信號如圖23所示。從圖22和圖23中可以看出，加速度傳感器1的信號峰值 明顯大于加速度傳感器5信號峰值，加速度傳感器2的信號峰值明顯大于加速度傳感器6信 號峰值，因此可以得出結(jié)論，敲擊所產(chǎn)生的振動經(jīng)過該多功能結(jié)構(gòu)的傳遞后有明顯衰減。 [0152]綜上所述，本發(fā)明提供的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，是一種集承載、減振、 供蓄電、測量等功能于一體的結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的輕量化以及體積的小型化的需求。 [0153]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一個(gè)主結(jié)構(gòu)模塊、四個(gè)可 充/放電源模塊、一套減振系統(tǒng)以及一套傳感器模塊； 所述主結(jié)構(gòu)模塊包括框架（10)、上蓋板（11)和下蓋板（12);其中，所述框架（10)的整體 外形呈田字構(gòu)型，具有四個(gè)方格空腔，所述框架（10)具有關(guān)于x、y和z三軸的全方位對稱性； 所述下蓋板（12)固定于所述框架（10)的底面;所述上蓋板（11)固定于所述框架（10)的頂 面;所述框架（10)、所述上蓋板(11)和所述下蓋板（12)組成主承力結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)承載的功 能； 所述電源模塊包括4個(gè)，分別記為電源模塊1(20)、電源模塊Π (21)、電源模塊ΙΠ (22)和 電源模塊IV(23);每個(gè)所述電源模塊通過彈性支撐以嵌埋方式設(shè)置于框架（10)、上蓋板 (11)和下蓋板(12)所形成的封閉方格空腔內(nèi)，并且，每個(gè)方格空腔內(nèi)唯一安裝1個(gè)所述電源 模塊;其中，彈性支撐包括彈性塊(30)和彈性墊(31);此外，電源模塊的正、負(fù)極線通過強(qiáng)電 電纜引出，連接到設(shè)置于所述框架（10)的外側(cè)壁的強(qiáng)電電連接器(24)上形成充放電接口； 所述電源模塊既具有多次充電與多次放電的功能，又具有充當(dāng)振子消耗振動能量的功能； 另外，每個(gè)所述電源模塊的四周與用于容納該電源模塊的方格空腔壁之間設(shè)置有彈性 塊(30);每個(gè)所述電源模塊的底面與所述下蓋板（12)之間設(shè)置有彈性墊(31)，每個(gè)所述電 源模塊的頂面與所述上蓋板（11)之間也設(shè)置有彈性墊（31);所述電源模塊、所述彈性塊 (30)和所述彈性墊(31)構(gòu)成減振系統(tǒng)，相當(dāng)于"彈簧-振子"模型，其中，所述彈性塊(30)和 所述彈性墊(31)相當(dāng)于具有一定剛度和阻尼的彈性支撐;所述電源模塊相當(dāng)于具有一定質(zhì) 量的振子，該減振系統(tǒng)一方面通過彈性支撐的變形吸振耗能，另一方面由作為振子的電源 模塊將結(jié)構(gòu)振動能量轉(zhuǎn)化為振子動能的方式來消耗振動能量，二者綜合作用的結(jié)果降低了 振動在多功能結(jié)構(gòu)中的傳遞，并有效管理電源模塊的力學(xué)環(huán)境； 所述傳感器模塊包括若干個(gè)溫度傳感器和若干個(gè)加速度傳感器；其中，所述溫度傳感 器設(shè)置于所述電源模塊的內(nèi)腔和外側(cè)壁，用于監(jiān)測所述電源模塊的溫度;所述加速度傳感 器設(shè)置于所述框架（10)的內(nèi)壁、所述上蓋板（11)的內(nèi)壁和所述下蓋板（12)的內(nèi)壁，用于測 量所述框架（10)、所述上蓋板（11)和所述下蓋板（12)的振動情況，為多功能結(jié)構(gòu)內(nèi)部電能 與振動管理提供了檢測與監(jiān)控手段。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述框架（10) 采用兩類空心方管連接裝配而成，分別是位于四周的八根邊框（10-1)和處于中心的四根龍 骨（10-2); 四根龍骨(10-2)通過十字型接頭組成十字結(jié)構(gòu)； 八根邊框（10-1)分別命名為邊框I~邊框珊，先將每兩根邊框通過L型接頭組成L型結(jié) 構(gòu)，由此得到四個(gè)L型結(jié)構(gòu)； 將四個(gè)L型結(jié)構(gòu)與由四根龍骨構(gòu)成的十字結(jié)構(gòu)通過T型接頭組合形成一個(gè)具有對稱性 的田字型框架。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述龍骨（10-2)和所述邊框(10-1)均采用碳纖維復(fù)合材料鋪層而成，鋪層方式為[±45/0/±45] 2S; 所述十字型接頭、所述L型接頭和所述T型接頭采用高比強(qiáng)度、低熱膨脹系數(shù)的鈦合金 材料制成;其與邊框(10-1)、龍骨(10-2)之間采用膠粘劑進(jìn)行粘接。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述框架 (10) 的各轉(zhuǎn)角處還采用結(jié)構(gòu)膠粘劑粘接有L型的角片（10-3)，角片（10-3)由聚酰亞胺絕緣 材料制作而成，用于對框架(10)裝配連接處進(jìn)行加強(qiáng)，同時(shí)具有絕緣作用； 在所述加速度傳感器的安裝處粘接有絕緣片（10-4)，該絕緣片也由聚酰亞胺絕緣材料 制成，能夠使加速度傳感器與主結(jié)構(gòu)模塊之間絕緣。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上蓋板 (11) 和所述下蓋板(12)均采用上蒙皮/夾芯格板/下蒙皮構(gòu)成的夾芯結(jié)構(gòu)形式； 所述夾芯結(jié)構(gòu)形式是指:按自上而下順序，依次包括上蒙皮（11-1)、夾芯格板（11-2)和 下蒙皮（11-3);所述上蒙皮（11-1)和所述夾芯格板（11-2)之間采用膠粘劑進(jìn)行連接，控制 粘接膠層的厚度在〇. 1mm~〇.2mm的范圍;所述下蒙皮(11-3)和所述夾芯格板(11-2)之間采 用膠粘劑進(jìn)行連接，控制粘接膠層的厚度在〇. 1mm~〇.2mm的范圍； 其中，夾芯格板（11-2)為筋條網(wǎng)格形式，所述上蒙皮（11-1)和所述下蒙皮（11-3)均為 面板形式，并且，所述上蒙皮(11-1)和所述下蒙皮(11-3)的結(jié)構(gòu)尺寸和材料完全相同； 另外，所述上蒙皮（11-1)、所述夾芯格板（11-2)和所述下蒙皮（11-3)均采用碳纖維復(fù) 合材料制成，所述上蒙皮（11-1)和所述下蒙皮（11-3)鋪層方式為[0/±45/90/±45]s;所述 夾芯格板(11 -2)的鋪層方式為[0/ ± 45/90/0 ] 2S。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上蓋板 (11)和所述下蓋板（12)設(shè)計(jì)有多個(gè)規(guī)則排列的圓形排氣孔，用作工藝過程和真空環(huán)境下結(jié) 構(gòu)內(nèi)部氣體的排出通道； 另外，所述下蓋板（12)通過膠粘方式固定于所述框架（10)的底面;所述上蓋板（11)通 過螺釘以螺紋連接方式固定于所述框架（10)的頂面，螺釘安裝孔位于所述框架（10)的四個(gè) 角點(diǎn)、中心位置以及邊框和龍骨上;螺釘采用熱膨脹系數(shù)小的鈦合金材料制作，適用于溫差 大且變化劇烈的工作環(huán)境。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述彈性塊 (30)和所述彈性墊(31)所采用的材料為由高分子彈性材料乙烯基封端聚二甲基硅氧烷制 成的材料，該材料的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)式為：所述彈性塊(30)和所述彈性墊(31)既具有結(jié)構(gòu)支撐電源模塊的功能，還可通過自身彈 性變形達(dá)到耗散一部分振動能量的作用，具有保護(hù)電源模塊的功能，同時(shí)還具有使電源模 塊與主結(jié)構(gòu)模塊絕緣及為電源模塊散熱的功能。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述彈性塊 (30)和彈性墊(31)以預(yù)壓方式進(jìn)行安裝，通過預(yù)壓縮產(chǎn)生彈性力來實(shí)現(xiàn)對電源模塊的彈性 約束支撐;所述彈性塊(30)呈長方體形狀，其兩端分別與框架（10)的內(nèi)側(cè)面和電源模塊的 外側(cè)面以面接觸方式相接，不存在固接關(guān)系;所述彈性墊(31)呈井字構(gòu)型，一面通過膠粘劑 與上蓋板(11)的下表面和下蓋板(12)的上表面粘接在一起，而另一面僅以面接觸方式與電 源模塊的表面相接，也不存在固接關(guān)系；安裝好后的彈性塊(30)和彈性墊(31)均處于預(yù)壓 緊狀態(tài)，具有結(jié)構(gòu)支撐作用，可使得靜止?fàn)顟B(tài)下的電源模塊在框架(10)內(nèi)部保持位置確定。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，其特征在于，在框架（10)的 內(nèi)側(cè)，在每個(gè)彈性塊(30)兩側(cè)根部界限處的位置，均采用結(jié)構(gòu)膠粘劑粘接有限位塊(32)，用 于對彈性塊(30)進(jìn)行限位，使其不發(fā)生移動和錯(cuò)位。10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述電源模塊可采用鋰電池； 和/或 在所述電源模塊的內(nèi)部還引出若干電壓檢測線，并焊接到安裝于框架（10)外側(cè)壁的電 連接器(33)上，形成一個(gè)用于檢測每個(gè)電源模塊分級的電壓信號的檢測接口； 和/或 所述上蓋板（11)的上表面和下蓋板（12)的下表面均進(jìn)行了打磨處理，使整個(gè)多功能結(jié) 構(gòu)的碳纖維表面具有導(dǎo)電一致性； 在所述上蓋板（11)的上表面鋪貼有環(huán)形銅箱(50);在下蓋板（12)的下表面整面鋪貼底 層銅箱(51)，該底層銅箱(51)由若干一定寬度的銅箱拼接而成，形成一個(gè)整體導(dǎo)電面;在所 述框架（10)的外側(cè)壁均勻鋪貼有U形銅箱(52)，該U形銅箱(52)與所述上蓋板(11)上的環(huán)形 銅箱(50)和下蓋板(12)上的底層銅箱(51)進(jìn)行搭接，使整個(gè)電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié) 構(gòu)的導(dǎo)電性一致； 所述環(huán)形銅箱(50)的四個(gè)角還各安裝了一個(gè)接地粧(53)，該接地粧(53)的一端與電源 模塊的地線相連，另一端與外部地相連接，通過該接地粧(53)使得該多功能結(jié)構(gòu)整體有效 接地。
【文檔編號】B64G1/22GK105947235SQ201610307086
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】李東旭, 尹昌平, 廖寰, 廖一寰, 劉望, 蔣建平, 郝東, 彭超義, 吳軍, 李德湛, 范才智
【申請人】國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)