一種適用于徑向肋天線的可折疊-充氣展開支撐環(huán)及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種充氣展開徑向肋天線的支撐環(huán)及其制備方法，尤其涉及一種適用于徑向肋天線的可折疊-充氣展開支撐環(huán)及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的日新月異，在衛(wèi)星通訊、對地觀測、全球定位、宇宙探索等前沿領域，對于能夠發(fā)射到外太空的大口徑、高精度天線的需求越來越迫切。與此同時，由于目前運載設備的搭載空間有限，所以不得不要求天線在發(fā)射過程中的體積要小，重量要輕，為解決這一矛盾，能夠研制出擁有高收納率，同時又具備高可靠性和高精度的大型可展開天線已經成為世界范圍內航天領域的一項關鍵技術。充氣式展開徑向肋天線具有重量輕、折疊體積小、便于運載的有點，并且在空間充氣展開，實現接收無線信號的功能，在航天領域等廣泛應用。其中充氣展開徑向肋天線的支撐環(huán)是一個重要的結構部件，其必須滿足在地面可簡單有效的折疊、充氣展開后且具有一定的剛度，從而起到支撐徑向肋板的作用。然而由于采用常規(guī)的樹脂基復合材料制備的支撐環(huán)，其具有一定的剛度，因此在地面很難進行簡單有效的折疊，從而影響充氣展開徑向肋天線的折疊體積及折疊效果。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明是為了解決使用常規(guī)復合材料制備的徑向肋天線的支撐環(huán)在地面存在不易折疊問題，使用普通的柔性材料入軌展開后支撐強度不夠的問題，從而采用形狀記憶樹脂基復合材料制備充氣展開徑向肋天線的支撐環(huán)，提供了一種適用于徑向肋天線的可折疊-充氣展開支撐環(huán)及其制備方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0005]—種適用于徑向肋天線的可折疊-充氣展開支撐環(huán)，所述支撐環(huán)是由多節(jié)大小相同裁片經手工縫合連接而成的正24?72邊形環(huán)狀結構，支撐環(huán)從內到外依次為氣密層內膽、電加熱層和形狀記憶復合材料承力層，其中:氣密層內膽由聚酰亞胺薄膜制備而成，電加熱層由兩層聚酰亞胺薄膜中間S型排布加熱絲制備而成，形狀記憶復合材料承力層由形狀記憶環(huán)氧樹脂基復合材料制備而成。
[0006]—種適用于徑向肋天線的可折疊-充氣展開支撐環(huán)的制備方法，包括如下步驟:
[0007]—、單節(jié)裁片形狀的設計和裁剪:根據實驗所需單節(jié)縫合的圓柱裁片尺寸要求，采用三維設計軟件將支撐環(huán)的每一節(jié)進行測量及展平，得出單個裁片的理論的構型曲線圖及相應尺寸，長度L+2cm，寬度W+2cm。
[0008]二、電加熱層的制備:采用兩層聚酰亞胺薄膜中間S型等間距排布的電熱絲。
[0009]三、形狀記憶樹脂膠料的配制:稱取一定質量的環(huán)氧樹脂E-51，計算出相應質量環(huán)氧樹脂E-51所需的的固化劑用量，然后混合均勻，形成形狀記憶樹脂膠料；然后混合均勻，形成形狀記憶樹脂膠料。
[0010]四、形狀記憶樹脂基復合材料預浸布的制備:根據單節(jié)裁片的相應尺寸，裁剪出長度L+2cm、寬度W+2cm的纖維織布，采用2層纖維織布分別進行手涂成型制備出預浸布裁片，形狀記憶樹脂含量控制在35?50wt%。具體操作如下:首先將纖維織布平整的鋪設在一層聚酰亞胺薄膜上，根據所需形狀記憶樹脂含量的百分比計算出所需的形狀記憶樹脂膠料的質量，傾倒在纖維織布上進行均勻的刷涂，緊接著在其上面在鋪一層纖維織布，傾倒相同質量的形狀記憶樹脂膠料，進行均勻刷涂，最后將步驟二中制備出的電加熱層鋪設在上表面；按照相同的制備方法分別制備出其余單片預浸布裁片，進行編號。
[0011]五、氣密層內膽的制備:裁剪長度L+2cm、寬度W+2cm的聚酰亞胺薄膜，進行編號，采用環(huán)保膠粘劑依次粘接并閉合粘接連接成正多邊形環(huán)狀，每單節(jié)環(huán)狀內膽的直徑為d =L/ ，并在編號均等分的單節(jié)環(huán)狀內膽的底面連接一個充氣口。
[0012]六、將步驟四全部制備的預浸布裁片，按照編號采用手工縫合的方式，首尾縫合成封閉開口環(huán)，在與內膽連接充氣口相同編號的預浸布上分別裁出一個小孔，方便裝入氣密層的充氣口。
[0013]七、將步驟五制備出的氣密層內膽裝入到步驟六中縫合好的預浸布開口環(huán)中，具體的操作方法如下:首先將縫合好的開口環(huán)平鋪成圓形，先將氣密層內膽中的充氣口與外層預浸布開口環(huán)的小孔對應安裝固定，然后依次在預浸布開口環(huán)的接縫處中間點涂上環(huán)保膠粘劑，分別向兩側粘接固定裝入氣密層內膽，并要求保持氣密層粘縫處正好與預浸布開口環(huán)的接縫處對應粘接固定，裝完氣密層內膽后，在每節(jié)內膽與預浸布之間放置粉狀潤滑劑，完成氣密層的安裝，然后將預浸布開口環(huán)進行縫合封口。
[0014]八、將步驟七制備出的支撐環(huán)進行充氣，形成由多個圓柱組成的正多邊形環(huán)狀支撐環(huán)，采用可調變壓器進行加熱，電壓控制在225?250V，溫度控制在60?70°C，固化5?6h，最終完成適用于徑向肋天線的可折疊-充氣展開支撐環(huán)的制備。
[0015]本發(fā)明制備的適用于徑向肋天線的可折疊-充氣展開支撐環(huán)采用形狀記憶樹脂基復合材料制備而成，相對于形狀記憶合金制備的支撐環(huán)具有重量輕、折疊體積小的優(yōu)點，相對于普通樹脂基復合材料制備的支撐環(huán)而言具有可折疊的優(yōu)點(普通的熱固性樹脂基復合材料不能在地面進行折疊)，同時充氣展開后支撐環(huán)仍能保持一定的剛度，起到支撐天線肋板的作用。
【附圖說明】
[0016]圖1為制備的正多邊形支撐環(huán)結構示意圖；
[0017]圖2為制備的適用于徑向肋天線的可折疊-充氣展開支撐環(huán)照片；
[0018]圖3為正多邊形支撐環(huán)的單節(jié)圓柱裁片的截面示意圖；
[0019]圖4為三維設計軟件設計的單節(jié)圓柱裁片示意圖；
[0020]圖5為支撐環(huán)卷曲折疊的照片；
[0021]圖中:1_形狀記憶復合材料承力層，2-電加熱層，3-氣密層內膽。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。
[0023]【具體實施方式】一:本實施方式的適用于徑向肋天線的可折疊-充氣展開支撐環(huán)采用24?72節(jié)大小相等裁片經手工縫合連接而成，最終形成正24?72邊形環(huán)狀支撐環(huán)，支撐環(huán)從內到外依次為氣密層內膽、電加熱層和形狀記憶復合材料承力層，其中:氣密層內膽由聚酰亞胺制備而成，電加熱層為由兩層聚酰亞胺薄膜中間S型排布的加熱絲制備而成，形狀記憶復合材料承力層由形狀記憶環(huán)氧樹脂基復合材料制備而成，具體的制備方法如下:
[0024]1、單節(jié)裁片形狀的設計和裁剪:本實施方式的支撐環(huán)是由多節(jié)大小相同的裁片手工縫合連接而成的正24?72邊形環(huán)狀結構，因此根據實驗所需單節(jié)縫合的圓柱裁片尺寸要求，采用三維設計軟件將支撐環(huán)的每一節(jié)進行測量及展平，就可以得出單個裁片的理論的構型曲線圖及相應尺寸，長度L+2cm，寬度W+2cm。
[0025]2、電加熱層的制備:采用兩層聚酰亞胺薄膜中間S型等間距排布的電熱絲，間距為 10 ?15cm。
[0026]3、形狀記憶樹脂膠料的配制:稱取一定質量的環(huán)氧樹脂E-51，計算出相應質量環(huán)氧樹脂E-51所需的的固化劑用量，然后混合均勻，形成樹脂膠料。
[0027]4、形狀記憶樹脂基復合材料預浸布的制備:根據單節(jié)裁片的相應尺寸，裁剪出長度L+2cm，寬度W+2cm的纖維織布，采用2層纖維織布分別進行手涂成型制備出預浸布裁片，形狀記憶樹脂含量控制在35?50wt%。具體操作如下:首先將纖維織布平整的鋪設在一層聚酰亞胺薄膜上，根據所需形狀記憶樹脂含量的百分比計算出所需的形狀記憶樹脂膠料的質量，傾倒在纖維織布上進行均勻的刷涂，緊接著在其上面在鋪一層纖維織布，傾倒相同質量的形狀記憶樹脂膠料，進行均勻刷涂，最后將上述步驟2中制備出的電加熱層鋪設在上表面。按照相同的制備方法分別制備出其余單片預浸布裁片，進行編號。
[0028]5、氣密層內膽的制備:裁剪長度L+2cm、寬度W+2cm的聚酰亞胺薄膜，進行編號，采用環(huán)保膠粘劑依次粘接并閉合粘接連接成正多邊形環(huán)狀，每單節(jié)環(huán)狀內膽的直徑為d = L/η，并在編號均等分的單節(jié)環(huán)狀內膽的底面連接一個充氣口。