CN104648697A - 一种双层舱壁式充气舱体 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双层舱壁式充气舱体。所述载人舱体包括内囊和外防护壳，内囊设置在外防护壳内，内囊和外防护壳之间形成碎片云团空间，充气支撑框架设置在所述碎片云团空间内；所述内囊的囊壁由气密层和承力层构成，气密层为囊壁最内层，承力层位于气密层外侧，所述外防护壳的囊壁由气密层和刚化层构成，气密层为外防护壳的最内层，刚化层为外防护壳的最外层。本发明折叠效率高、发射体积小且重量轻，内囊和外防护壳之间通过充气支撑框架连接，形成一定间距的空间，既阻断了充气舱体内外热量的传导和对流效应，有效的提高了舱体的隔热效果，又使双层充气舱体形成一种类似惠氏防护屏的防护结构，有效地提高了充气舱体空间碎片撞击防护效率。

Description

一种双层舱壁式充气舱体

技术领域

本发明涉及一种双层舱壁式充气舱体，属于航天舱体技术领域。

背景技术

空间舱（如居住舱、实验舱、仪器舱或气闸舱等）是人类在空间站或行星基地等进行工作和生活的主要场所，未来的空间站、载人登月、月球基地等需要有内径几米甚至几十米以上的大型密封舱体。现有空间舱体主要是刚性的金属舱体结构，采用刚性的金属结构的空间舱体质量重、体积大、发射成本高、发射难度大且难以满足空间站、载人登月或月球基地等对大型空间舱体的需求，为了提高舱体空间环境防护能力，对于刚性金属结构的空间舱体还需要增加一些辅助结构或防护材料，这将进一步增大舱体壁厚、总体重量及其发射难度。

对于大型舱体来说，不仅需要解决舱体发射难的问题，还需解决空间环境条件下的在轨安全运行和内部人员基本生活问题。充气式舱体结构具有折叠体积小、重量轻等优点，是解决大型舱体难于发射问题的有效途径，但对充气舱体来说，由于需要折叠及充气展开，因而其舱壁厚度受到一定限制，很难在舱壁增加隔热层以实现其隔热功能，也很难增厚舱壁以实现其空间碎片撞击防护功能。

发明内容

本发明提供了一种双层舱壁式充气舱体，以解决现有刚性金属结构的空间舱体质量重、体积大、发射成本高、发射难度大，及充气舱体空间碎片撞击防护和隔热效率低的问题，为此本发明采用如下的技术方案：

一种双层舱壁式充气舱体，包括载人舱体和充气支撑框架，所述载人舱体包括内囊和外防护壳，内囊设置在外防护壳内，内囊和外防护壳之间形成碎片云团空间，充气支撑框架设置在所述碎片云团空间内；所述内囊的囊壁由气密层和承力层构成，气密层为囊壁最内层，承力层位于气密层外侧，所述外防护壳的囊壁由气密层和刚化层构成，气密层为外防护壳的最内层，刚化层为外防护壳的最外层。

本发明实施方式提供的双层舱壁式充气舱体结构简单、折叠效率高、发射体积小、重量轻，充气支撑框架在内囊和外防护壳之间形成一定间距的空间，阻断了充气舱体内外热量的传导和对流，有效的提高了舱体的隔热效果。内囊、外防护壳和支撑框架形成一种类似惠氏防护屏的充气防护结构，外防护壳相当于防护屏，内囊和外防护壳间采用支撑框架作为支撑形成的间距相当于屏间距，外防护壳可将空间碎片撞碎、气化或液化形成碎片云团，屏间距为碎片云团提供充分膨胀的路径，使碎片云团得到充分扩散，降低了碎片云团对内囊囊壁的总撞击能量和单位面积撞击能量，提高了内囊空间碎片撞击防护效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述的一种双层舱壁式充气舱体的结构示意图；

图2是本发明所述的一种双层舱壁式充气舱体的进一步具体结构示意图。

图中的附图标记，1为载人舱体，2为支撑框架，3为内囊腔体，4为对接口，5为舱门，11为内囊，12为外防护壳，13为碎片云团空间，21为充气支撑管。

具体实施方式

本文将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，下面描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本具体实施方式提供的一种双层舱壁式充气舱体，包括载人舱体1和充气支撑框架2，所述载人舱体1包括内囊11和外防护壳12，内囊11设置在外防护壳12内，内囊11和外防护壳12之间形成碎片云团空间13，充气支撑框架2设置在所述碎片云团空间13内；所述内囊11的囊壁由气密层和承力层构成，气密层为囊壁最内层，承力层位于气密层外侧，所述外防护壳12的囊壁由气密层和刚化层构成，气密层为外防护壳12的最内层，刚化层为外防护壳12的最外层。

进一步，还增加了反射层，所述反射层设置在内囊11的承力层的外侧面上。

所述反射层设置在外防护壳12的气密层的内侧面上。

所述反射层为镀铝聚酰亚胺薄膜。

进一步，所述内囊11是舱体内压的主要承压结构（内囊11不刚化），承担舱体内压（约一个大气压），内囊腔体为舱内人员提供工作或生活的空间。内囊11的囊壁由气密层和承力层构成，其中，气密层为囊壁最内层，材料为硅橡胶和丁基橡胶复合材料层合结构，用来降低囊壁结构气体泄漏率，保证在充气压力作用下内囊的密封性能；承力层位于气密层外侧，材料为芳纶纤维复合材料，主要承担内囊内部的充气压力及充气舱体的工作压力，约一个大气压。

进一步，所述外防护壳12主要为内囊提供空间碎片防护和隔热功能，在充气展开完全后，外防护壳12进行结构刚化。外防护壳12的囊壁由气密层和刚化层构成，其中，气密层为外防护壳12的最内层，保证外防护壳12在展开及刚化成型这一过程中囊体的密封性能；刚化层为外防护壳12的最外层，材料为高强纤维环氧复合材料，刚化层在刚化后具有一定结构刚度和硬度，使外防护壳12在气体泄漏殆尽的情况下仍能保持结构形状，以保持两层囊体间的间距，从而使得外防护壳12在气体泄漏的情况下仍具有惠氏防护屏的结构特点，从而能够有效的提高充气舱体空间碎片撞击防护能力。刚化后的具有一定刚度和硬度的外防护壳12刚化层，进一步提高了舱壁破碎空间碎片的能力。

进一步，充气支撑框架2设置在内囊11和外防护壳12之间，由相互连接的充气支撑管21构成（见图2），主要为各层囊体提供连接和支撑，协助外防护壳12充气展开，并在一定程度上提高内囊的承压能力、保形能力和结构刚度。充气支撑框架2在协助囊体完全展开且囊体间达到所设计的间距后，充气支撑框架2进行结构刚化。充气支撑管21主要由气密层和刚化层构成，其中，气密层为充气管管壁最内层，保证支撑框架在展开及刚化成型这一过程中充气管的密封性能；刚化层为充气管管壁最外层，刚化层在刚化后具有一定结构刚度和硬度，使支撑框架在气体泄漏殆尽的情况下仍能保持结构形状，以保持外防护壳12与内囊11间所设计的间距。支撑框架充气管的截面直径即为内囊11与外防护壳12相隔的间距。

本发明所述双层舱壁式充气舱体的工作步骤包括：该舱体可折叠发射，入轨后充气展开，展开后，充气支撑框架和外防护壳在轨固化，形成具有一定结构刚度和硬度的充气舱体。

上述双层舱壁式充气舱体中，所述气密层为柔性薄膜材料，所述刚化层为柔性复合材料层。该双层舱壁式充气舱体采用柔性复合材料制造，入轨前可进行柔性折叠，其折叠方式可根据舱体的具体结构尺寸和内部装载物体进行设计。各层囊壁及充气管管壁均是由多层材料层复合而成的薄壁结构，利于充气舱体的折叠，并具有很高的折叠效率。上述充气舱体与舱门组成了空间舱，舱门的对端设置有对接口，当充气舱体在轨成型后，充气舱体的双层囊体和充气支撑框架形成类似惠氏防护屏的充气防护结构，防护壳相当于防护屏，防护壳与内囊间的间距相当于屏间距。防护壳使空间碎片破碎和升温，并进一步气化或液化形成碎片云团，此时，屏间距为碎片云团提供充分膨胀的路径，使碎片云团得到充分扩散，降低了碎片云团对内囊囊壁的总撞击能量和单位面积撞击能量，从而降低了碎片云团对内囊的撞击毁伤。

本发明的双层舱壁式充气舱体的双层囊体之间由支撑框架支撑形成一定间距的空间，充气舱体在轨运行期间，囊体间的空间为真空状态（内部充气展开所需的气体在一定时间后会泄漏殆尽，从而形成真空），阻断了充气舱体内外热量的传导和对流，从而有效地提高了舱体的隔热效果。增加的反射层，进一步提高了舱体的隔热效果。由于该舱体采用空间舱体和空间碎片防护屏一体化的结构设计方案，使得该舱体结构简单、发射体积小、质量轻、发射成本低、在轨展开后内部空间大，与单层充气舱体结构相比，双层舱壁式充气舱体具有较高的空间碎片防护效率和隔热效果，可应用于空间站、载人登月或月球基地等所需的大型空间舱体。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种双层舱壁式充气舱体，其特征在于，包括载人舱体（1）和充气支撑框架（2），所述载人舱体（1）包括内囊（11）和外防护壳（12），内囊（11）设置在外防护壳（12）内，内囊（11）和外防护壳（12）之间形成碎片云团空间（13），充气支撑框架（2）设置在所述碎片云团空间（13）内；所述内囊（11）的囊壁由气密层和承力层构成，气密层为囊壁最内层，承力层位于气密层外侧，所述外防护壳（12）的囊壁由气密层和刚化层构成，气密层为外防护壳（12）的最内层，刚化层为外防护壳（12）的最外层。

2.根据权利要求1所述的双层舱壁式充气舱体，其特征在于，增加了反射层，所述反射层设置在内囊（11）的承力层的外侧面上。

3.根据权利要求2所述的双层舱壁式充气舱体，其特征在于，所述反射层设置在外防护壳（12）的气密层的内侧面上。

4.根据权利要求3所述的双层舱壁式充气舱体，其特征在于，所述反射层为镀铝聚酰亚胺薄膜。