CN102320384B - 一种双ω形碳纤维复合材料充气伸展臂 - Google Patents

Abstract

一种双Ω形碳纤维复合材料充气伸展臂，它涉及一种充气伸展臂。本发明为了解决现有钢条增强的充气式展开支撑杆所存在的抗弯刚度低、易磁化，长期存储易产生塑性变形的问题。所述外壳体为碳纤维复合材料外壳体，且所述外壳体为由两个呈Ω状的薄壁壳对扣粘接成型的筒体，内胆的两端各与一个端头盖封固连接，外壳体的两端分别与一个端头盖固接，在外壳体的侧壁上开有排气孔；一副粘扣条的钩面、毛面分别对应缝接在每个呈Ω状的薄壁壳的外侧壁上，使所述充气伸展臂采用卷曲方式进行折叠时通过粘扣条的粘接力牢固地收拢在一起。本发明可用于重力梯度杆、太阳帆、太阳能帆板等结构的展开驱动机构中。

Description

一种双Ω形碳纤维复合材料充气伸展臂

技术领域

本发明涉及一种应用于卫星或太阳帆上的充气伸展臂。

背景技术

由于受到运载火箭的有效发射载荷和发射体积的限制，对于搭载的有效载荷的要求是具有较小的重量和较小的发射体积。大型的空间结构在发射时都处于折叠状态，发射入轨后通过展开的方式形成其设计要求的状态，实现其设计功能。现有的展开结构主要有机械式和充气式展开，机械式展开构件不仅重量高，折叠效率较小，而且展开可靠性低。充气式展开构件具有超长超轻的优点，但是还存在不足，如当管内压力降低后，截面形状会产生变化，使得抗弯刚度降低。

发明内容

本发明为了解决现有圆截面钢条增强的层合铝管壁充气式展开支撑杆所存在的抗弯刚度低、易磁化，长期存储易产生塑性变形的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明所述的一种双Ω形碳纤维复合材料充气伸展臂包括外壳体、内胆、两个端头盖和至少一副粘扣条，壳体和内胆为长度一致的杆件，所述外壳体为碳纤维复合材料外壳体，且所述外壳体为由两个呈Ω状的薄壁壳对扣粘接成型的筒体，内胆的两端各与一个端头盖封固连接，内胆置于外壳体的内腔中，外壳体的两端分别与一个端头盖固接，两个端头盖中的其中一个的中心处开有充气孔，在外壳体的侧壁上沿其长度方向开有多个用于排出内胆与外壳体之间的残余气体的排气孔；一副粘扣条的钩面、毛面分别对应缝接在每个呈Ω状的薄壁壳的外侧壁上，使所述充气伸展臂采用卷曲方式进行折叠时通过粘扣条的粘接力牢固地收拢在一起。

本发明的有益效果是：

现有的伸展臂采用圆截面结构，在完全展开后、在无压差的情况下，圆截面变成椭圆截面。由于采有层合铝作为外壳，卷曲折叠易产生塑性变形，导致其直线度不高。本发明由于采用双Ω形碳纤维复合材料作为伸展臂的外壳体，利用双Ω形在无压差情况下仍能保持其自身几何形状的结构特征以及碳纤维复合材料在卷曲状态下无塑性变形进而展开后能完全恢复原有形状来解决本发明所述技术问题。经比较，本发明展开后双Ω截面比圆截面、椭圆截面都更稳定。

本发明所述的双Ω形碳纤维复合材料充气伸展臂采用卷曲的方式进行折叠，放入火箭装载舱时处于折叠状态，发射进入太空后，通过端头盖上的充气孔向管子内部充入气体，伸展臂充分展开，达到工作状态。本发明可用于重力梯度杆、太阳帆、太阳能帆板、大口径天线、超长型单极和双极天线、卫星桁架结构、大型高精度光学反射镜的遮阳罩等结构的展开驱动机构；也可以作为结构部件使用，用于支撑相机及其它载荷。

本发明的突出优点在于以下几个方面：

一、本发明的外壳体1由碳纤维复合材料构成，纤维复合材不能被磁化，即不会产生磁力矩；

二、薄壁碳纤维复合材料能长期存储不产生塑性变形，展开后与设计的直线度一致性高，直线度小于2mm/m；

三、碳纤维复合材料管壁，施加轻微外力即可压扁并卷曲折叠，折叠效率高(去掉具体尺寸)；

四、管壁上有一系列排气孔：当收拢结构在火箭发射快速上升过程中，能快速排空残余气体；

五、管壁(外壳体)由两个“Ω”形状薄壁壳的对扣成型，展开后，管壁成型为稳定的结构形式，外壳体的截面形式不随管内压力以及存储时间的变化而变化；提高外壳体的抗弯、抗压和抗扭刚度，进一步提高了外壳体的直线度；

六、同样的重量/长度比(小于100g/m)情况下，具有更优的力学性能。能够实现超长的制作，达到上百米的长度，从而满足构件超大型结构的要求；

七、结构简单，无关节；本发明通过气体驱动，连续的粘扣控制展开，可以实现可靠的控制展开；

八、本发明具有较强的可设计性，可以根据不同的展开驱动力、展开时间和力学性能要求，进行相应的结构设计，满足不同的使用要求。

九、不仅伸展臂的顶端可与有效载荷相连，而且侧边也可连接有效载荷，如太阳帆帆面等。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是本发明展开状态的示意图(图2中设有两副粘扣条4)，图3是本发明的碳纤维复合材料外壳体的截面形状示意图，图4是卷曲前碳纤维复合材料外壳体被压扁后的示意图，图5是端头盖的主视图，图6是图5的左视图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～6所示，本实施方式所述的一种双Ω形碳纤维复合材料充气伸展臂包括外壳体1、内胆2、两个端头盖3和至少一副粘扣条4，壳体1和内胆2为长度一致的杆件，其特征在于：所述外壳体1为碳纤维复合材料外壳体，且所述外壳体1为由两个呈Ω状的薄壁壳1-1对扣粘接成型的筒体，内胆2的两端各与一个端头盖3封固连接，内胆2置于外壳体1的内腔中，外壳体1的两端分别与一个端头盖3固接，两个端头盖3中的其中一个的中心处开有充气孔3-1，在外壳体1的侧壁上沿其长度方向开有多个用于排出内胆1与外壳体1之间的残余气体的排气孔1-2；一副粘扣条4的钩面、毛面分别对应缝接在每个呈Ω状的薄壁壳1-1的外侧壁上，使所述充气伸展臂采用卷曲方式进行折叠时通过粘扣条4的粘接力牢固地收拢在一起。

本发明所述充气伸展臂的长度L可达到100m。双Ω形状碳纤维复合材料，其边缘宽度W一般大于5mm，首圈折叠半径大于50mm。

本实施方式所述的充气伸展臂在卷曲时，将中心处开有充气孔3-1的一个端头盖3露在外部，以便于充气展开。外壳体1的两个呈Ω状的薄壁壳1-1可都开有排气孔1-2，排气孔1-2的间距为15cm，排气孔1-2的孔径小于4mm(孔边缘通过光滑倒角处理，防止应力集中和刺破内胆)。密封内胆2在两个呈Ω状的薄壁壳1-1之间。外壳体1和内胆2的长度相当。

具体实施方式二：本实施方式所述呈Ω状的薄壁壳1-1的壁厚为0.05mm～0.2mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1～6所示，本实施方式所述内胆2为由聚酰亚胺材料制成的薄膜管，其壁厚为0.025mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：如图1～6所示，本实施方式所述充气伸展臂还包括两个搭扣带5，外壳体1的两端分别通过一个搭扣带5固接在相应的端头盖3上。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

Claims (1)

1.一种双Ω形碳纤维复合材料充气伸展臂，所述充气伸展臂包括外壳体(1)、内胆(2)、两个端头盖(3)和至少一副粘扣条(4)，壳体(1)和内胆(2)为长度一致的杆件，其特征在于：所述外壳体(1)为碳纤维复合材料外壳体，且所述外壳体(1)为由两个呈Ω状的薄壁壳(1-1)对扣粘接成型的筒体，内胆(2)的两端各与一个端头盖(3)封固连接，内胆(2)置于外壳体(1)的内腔中，外壳体(1)的两端分别与一个端头盖(3)固接，两个端头盖(3)中的其中一个的中心处开有充气孔(3-1)，在外壳体(1)的侧壁上沿其长度方向开有多个用于排出内胆(1)与外壳体(1)之间的残余气体的排气孔(1-2)；一副粘扣条(4)的钩面、毛面分别对应缝接在每个呈Ω状的薄壁壳(1-1)的外侧壁上，使所述充气伸展臂采用卷曲方式进行折叠时通过粘扣条(4)的粘接力牢固地收拢在一起；

所述呈Ω状的薄壁壳(1-1)的壁厚为0.05mm～0.2mm；

所述内胆(2)为由聚酰亚胺材料制成的薄膜管，其壁厚为0.025mm；

所述充气伸展臂还包括两个搭扣带(5)，外壳体(1)的两端分别通过一个搭扣带(5)固接在相应的端头盖(3)上；

所述的充气伸展臂在卷曲时，将中心处开有充气孔(3-1)的一个端头盖(3)露在外部；外壳体(1)的两个呈Ω状的薄壁壳(1-1)都开有排气孔(1-2)，排气孔(1-2)的间距为15cm，排气孔(1-2)的孔径小于4mm；孔边缘通过光滑倒角处理，防止应力集中和刺破内胆；密封内胆(2)在两个呈Ω状的薄壁壳(1-1)之间。