CN111458955A - 一种轻小型可展开式薄膜遮光罩 - Google Patents

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白江波
林秋红
刘天伟
邱慧
从强
李潇
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Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
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Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
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Abstract

一种轻小型可展开式薄膜遮光罩，由薄膜和复合材料螺旋弹簧构成。复合材料螺旋弹簧整体外观呈螺旋状，薄膜通过机械铰链连接或者胶接方式环设在复合材料螺旋弹簧外周。在本发明的轻小型可展开式薄膜遮光罩两端沿着轴向施加压缩载荷，复合材料螺旋弹簧螺距减小，实现薄膜遮光罩折叠功能，撤去外部压缩载荷，利用复合材料螺旋弹簧储存的应变能迅速恢复至初始构型，实现薄膜遮光罩展开功能。本发明结构简单、成本低、质量小、体积小、刚度大、可靠性高，综合性能优异，因此，本发明有非常好的工程应用价值。

Description

一种轻小型可展开式薄膜遮光罩
技术领域
本发明提供一种轻小型可展开式薄膜遮光罩，属于结构设计领域。
背景技术
空间光学相机需要遮光罩来实现相机温度控制和杂散光的抑制的功能。遮光罩能隔绝空间光学相机在观测时接收到的大密度热流，保持空间光学相机结构的热稳定性，同时利用表面材料特性，最大限度地吸收进入遮光罩内部的杂散光，保证较高的成像信噪比，对光学系统提高成像对比度、改善成像质量具有重要意义。目前，常规的遮光罩采取固定式结构，不能折叠压缩，造成遮光罩体积大，重量大等问题，因此，可展开式遮光罩具有良好的应用前景。现有的可展开式遮光罩技术主要包括机构展开式和充气展开式。机构展开式遮光罩一般采用机械铰链作为展开单元，使用电机提供驱动力，但驱动机构的展开单元多，可靠性低，容易出现故障，需要外部提供展开驱动力。充气展开式遮光罩以充气作为展开动力，对遮光罩的展开单元充气，充气展开式遮光罩质量轻、压缩比高，但充气展开式展开精度较低，展开时需要高压气源提供驱动力，必须配套控制阀门等装置，增加了系统的复杂程度。已有遮光罩很难实现结构简单且小型化。因此，本发明提供一种轻小型可展开式薄膜遮光罩，具有结构简单、质量小、成本低、体积小、刚度大、可靠性高等优点，且便于实施。
发明内容
1、目的：本发明的目的在于提供一种轻小型可展开式薄膜遮光罩，以解决现有的遮光罩存在体积大、重量大、结构复杂且精度较低等问题。
2、技术方案：本发明一种轻小型可展开式薄膜遮光罩，由薄膜和复合材料螺旋弹簧构成。复合材料螺旋弹簧整体外观呈螺旋状，复合材料螺旋弹簧端面圈与临圈并紧，使复合材料螺旋弹簧端面圈成为几乎闭合的圆环。复合材料螺旋弹簧在沿中心线方向具有大变形能力，当在复合材料螺旋弹簧两端施加压缩载荷，复合材料螺旋弹簧将发生大变形，螺距减小，储存应变能。薄膜通过机械铰链连接或者胶接方式环设在复合材料螺旋弹簧外周，复合材料螺旋弹簧对薄膜起支撑作用。薄膜不透光，具有优异的力学性能、热稳定性以及透波功能。在本发明的轻小型可展开式薄膜遮光罩两端沿着轴向施加压缩载荷，复合材料螺旋弹簧螺距减小，实现薄膜遮光罩折叠功能，撤去外部压缩载荷，利用复合材料螺旋弹簧储存的应变能迅速恢复至初始构型，实现薄膜遮光罩展开功能。
本发明的薄膜为黑色的聚酰亚胺薄膜或者其它具有遮光效果的薄膜。
本发明的复合材料螺旋弹簧所选用的复合材料由增强材料和聚合物材料组成，其中，所述“聚合物材料”为环氧树脂、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、反式聚异戊二烯、氰酸酯、聚氨酯、聚降冰片烯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚乙烯醇，增强材料为、碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、植物纤维或以上纤维织物或以上纤维的短切纤维，以及微米或纳米级的碳粉、碳纳米颗粒或碳纳米管。
附图说明
图1是展开状态复合材料螺旋弹簧的示意图。
图2是折叠状态复合材料螺旋弹簧的示意图。
图3是展开状态遮光罩的示意图。
图4是折叠状态遮光罩的示意图。
图1中：1.复合材料螺旋弹簧，2.复合材料螺旋弹簧端面圈。F为压缩载荷。
图3中：3.薄膜。
具体实施方式
下面结合附图和实施实例对本发明做出进一步的说明。
本发明一种轻小型可展开式薄膜遮光罩，由薄膜3和复合材料螺旋弹簧1构成。复合材料螺旋弹簧1整体外观呈螺旋状(如图1所示)，复合材料螺旋弹簧1所选用的复合材料由增强材料和聚合物材料组成，其中，所述“聚合物材料”为环氧树脂、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、反式聚异戊二烯、氰酸酯、聚氨酯、聚降冰片烯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚乙烯醇，增强材料为碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、植物纤维或以上纤维织物或以上纤维的短切纤维，以及微米或纳米级的碳粉、碳纳米颗粒或碳纳米管。复合材料螺旋弹簧端面圈2与临圈并紧，使复合材料螺旋弹簧端面圈2成为几乎闭合的圆环。复合材料螺旋弹簧端部端面圈与临圈并紧可以加大复合材料螺旋弹簧1与支撑面的接触面积，使复合材料螺旋弹簧1在折叠过程中不产生沿轴线的扭曲，保持作用力方向的反向延长线经过复合材料螺旋弹簧1的中心线，同时，可避免将接触面划伤。复合材料螺旋弹簧1在沿中心线方向具有大变形能力，当在复合材料螺旋弹簧1两端施加一定压力时，复合材料弹簧1将发生大变形，螺距减小，储存应变能(如图2所示)。薄膜3通过机械铰链连接或者胶接环设在复合材料螺旋弹簧1外周，复合材料螺旋弹簧1对薄膜3起支撑作用(如图3所示)，其中，薄膜3为黑色的聚酰亚胺薄膜或者其它具有遮光效果的薄膜，具有优异的力学性能、热稳定性以及透波功能。在本发明的轻小型可展开式薄膜遮光罩两端沿着轴向施加压缩载荷，复合材料螺旋弹簧1螺距减小，实现薄膜遮光罩折叠功能(如图4所示)，撤去外部压缩载荷，利用复合材料螺旋弹簧1储存的应变能迅速恢复至初始构型，实现薄膜遮光罩展开功能。

Claims (5)

1.一种轻小型可展开式薄膜遮光罩，其特征在于：由薄膜和复合材料螺旋弹簧构成。复合材料螺旋弹簧整体外观呈螺旋状，所选用的复合材料由增强材料和聚合物材料组成，复合材料螺旋弹簧端面圈与临圈并紧，使复合材料螺旋弹簧端面圈成为几乎闭合的圆环。复合材料螺旋弹簧在沿中心线方向具有大变形能力，当在复合材料螺旋弹簧两端施加压缩载荷，复合材料螺旋弹簧将发生大变形，螺距减小，储存应变能。薄膜通过机械铰链连接或者胶接方式环设在复合材料螺旋弹簧外周，复合材料螺旋弹簧对薄膜起支撑作用。薄膜具有优异的力学性能、热稳定性以及透波功能。在本发明的轻小型可展开式薄膜遮光罩轴向两端施加压缩载荷，复合材料螺旋弹簧螺距减小，实现薄膜遮光罩折叠功能，撤去外部压缩载荷，利用复合材料螺旋弹簧储存的应变能迅速恢复至初始构型，实现薄膜遮光罩展开功能。
2.一种轻小型可展开式薄膜遮光罩，其特征在于：步骤一中所述的“薄膜”为黑色的聚酰亚胺薄膜或者其它具有遮光效果的薄膜。
3.一种轻小型可展开式薄膜遮光罩，其特征在于：步骤一中所述的“增强材料”为碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、植物纤维或以上纤维织物或以上纤维的短切纤维。
4.一种轻小型可展开式薄膜遮光罩，其特征在于：步骤一中所述的“增强材料”为微米或纳米级的碳粉、碳纳米颗粒或碳纳米管。
5.一种轻小型可展开式薄膜遮光罩，其特征在于：步骤一中所述的“聚合物材料”为环氧树脂、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、反式聚异戊二烯、氰酸酯、聚氨酯、聚降冰片烯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚乙烯醇。
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