CN114030651A - 一种Kresling折叠方式的充气展开式半刚性密封舱 - Google Patents
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Abstract
一种Kresling折叠方式的充气展开式半刚性密封舱，属于航天器结构技术领域。该密封舱具备折叠体积小、整体质量轻、展开方便可控、展开速度快、展开后刚度强等特点。该密封舱包括舱体、舱门及可刚化辅助展开机构；舱体为正棱柱结构，舱体整体可进行Kresling折叠法折叠，舱体两端均设置有舱门，可刚化辅助展开机构安置在舱体内部用于支撑展开舱体，可刚化辅助展开机构可随舱体一同进行折叠。该密封舱的舱体采用Kresling折叠法进行折叠，舱体折展比大，有效减小了舱体发射前的体积，降低了发射难度及发射成本；有效减少了舱体展开时各部分材质的摩擦，降低了展开难度，提高了展开速度；密封舱的部分组件在舱体展开后可进行刚化，有效保证了密封舱的强度。
Description
技术领域
本发明属于航天器结构技术领域，特别是涉及一种Kresling折叠方式的充气展开式半刚性密封舱。
背景技术
目前，包括国际空间站在内的载人航天器大多以刚性金属舱为主，由于大型刚性密封舱存在质量重、体积大、发射成本高、在轨组装难等缺陷，越来越难以满足未来深空探测发展的需要。与传统的刚性金属舱相比，空间充气展开舱由于其具有质量小、柔性可折叠、制作及发射成本低、更高的容积质量比等优势，是解决当前较低发射能力与快速增长的航天任务之间矛盾的理想途径，具有广泛的应用前景。从目前关于充气舱的资料与报道来看，其折叠包装方式多为套筒式折叠，该方式受充气舱软质织物间的摩擦力因素影响，易造成舱体展开受阻，虽可通过实时调整充气时长、充气间隔以及人工辅助的方式解决，但增大了充气舱的展开难度并增加了充气舱展开所需时间。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种Kresling折叠方式的充气展开式半刚性密封舱，该密封舱具备折叠体积小、整体质量轻、展开方便可控、展开速度快、展开后刚度强等特点。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：一种Kresling折叠方式的充气展开式半刚性密封舱，包括舱体、舱门及可刚化辅助展开机构；所述舱体为正棱柱结构，舱体整体可进行Kresling折叠法的折叠，舱体两端均设置有舱门，所述可刚化辅助展开机构安置在舱体内部用于支撑展开舱体，可刚化辅助展开机构的两端分别固定连接在舱体上，并可随舱体一同进行折叠。
所述舱体发射前采用Kresling折叠法折叠，此折叠法折展比大，可有效减小发射前舱体的体积，进而减小舱体的发射成本，同时采用Kresling折叠法折叠后的舱体在展开过程中有效避免了舱壁材料间的摩擦，使舱体的展开可以快速有效的进行，舱体采用Kresling折叠法折叠，可根据具体应用环境需要的舱体的尺寸与发射体积的要求调整舱体的折叠周期、折叠角、折叠包装体积等参数，折叠形状灵活、尺寸任意。Kresling折叠法为现有公知的折叠方法。
所述舱体的舱壁由内至外分别为密封承压内囊及空间环境防护层，所述密封承压内囊与空间环境防护层相互独立，仅在舱体两端的舱门的安装位置进行连接。
所述密封承压内囊由具有气体阻隔功能的内层和具有承载功能的外层粘接而成如TPU或PE薄膜材料等，其中，内层材料采用气体阻隔性良好的薄膜材料，外层材料采用高强度高模量纤维布。
所述空间环境防护层为多层可压缩夹芯结构，由多个刚性板和夹芯泡沫依次叠加组成，位于同一层的相邻两个刚性板之间由可刚化纤维条带连接。
所述刚性板可以由铝金属板、纤维复合材料层合板等材料制成，刚性板的厚度为0.1～40mm，长度和宽度均为1～100m，所述夹芯泡沫为开孔聚氨酯泡沫，厚度为1～500mm。
所述夹芯泡沫为开孔泡沫，致使夹芯泡沫可在舱体折叠包装时进行压缩，进一步减小舱体折叠后体积，舱体在轨展开后，夹芯泡沫依靠其开孔泡沫的变形恢复能力恢复至原始厚度，进而使空间环境防护层恢复原始厚度形成多层大间距空间碎片防护结构，能够对空间碎片进行多次破碎和拦截，减小空间碎片对舱体的撞击损伤，从而显著提高舱体的空间碎片防护性能和在轨服役寿命。
所述可刚化纤维条带由可刚化纤维复合材料制成，并在织物内排布一层电阻丝，待舱体充气展开后，通电加热电阻丝，使可刚化纤维条带固化。
所述可刚化辅助展开机构为圆柱体结构，可刚化辅助展开机构包括可刚化充气管及两个支撑底座；两个所述支撑底座分别设置在可刚化充气管的两端，两个支撑底座分别固定在舱体上。
舱体展开时，先对可刚化充气管充气，进而支撑舱体展开，在舱体展开成型后可刚化辅助展开机构刚化，起结构支撑作用，提高结构刚度，同时可刚化充气管内可安装线缆及其它柔性管路，为其它管路提供保护，避免线缆等受外力损伤及额外占用舱内空间。
所述可刚化充气管包括气密层、电加热层及热固化承力层，所述气密层、电加热层及热固化承力层由内至外依次布置。
所述气密层由聚酰亚胺薄膜制成，厚度为0.01～0.2mm；电加热层由电加热薄膜及排布在一起的电阻丝制成；热固化承力层由热固性树脂预浸织物制成热固性树脂预浸织物可以是碳纤维增强环氧树脂基预浸织物、芳纶纤维增强环氧树脂基预浸织物等材料。
所述密封承压内囊内设置有压缩气瓶，所述压缩气瓶内的气体通过气体控制阀及导流阀的调控充入至可刚化充气管及密封承压内囊内。
本发明的有益效果：该密封舱的舱体采用Kresling折叠法进行折叠，折展比大，使舱体结构在折叠后极大的减小自身体积，为发射减小难度及成本；舱体采用Kresling折叠法进行折叠，有效减小了舱体材质的摩擦，减小了展开难度，同时提高了舱体的展开速度；舱体的舱壁和可刚化辅助展开机构在舱体展开后可进行刚化，进而增强了密封舱的强度。
附图说明
在附图中：
图1是本发明舱体结构示意图；
图2是本发明舱体结构剖视图；
图3是本发明空间环境防护层结构展示图；
图4是本发明可刚化辅助展开机构展开效果展示图；
图5是本发明可刚化辅助展开机构半折叠效果展示图；
图6是本发明可刚化充气管结构剖视图；
图7是本发明折叠过程演示图；
图8是本发明折叠完成示意图；
图中：
1、舱体；2、舱门；3、可刚化辅助展开机构；4、空间环境防护层；5、密封承压内囊；6、刚性板；7、夹芯泡沫；8、可刚化纤维条带；9、可刚化充气管；10、支撑底座；11、气密层；12、电加热层；13、热固化承力层。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步详细的说明。附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
一种Kresling折叠方式的充气展开式半刚性密封舱，包括舱体1、舱门2及可刚化辅助展开机构3；所述舱体1为正棱柱结构，舱体1整体可进行Kresling折叠法折叠，折叠后的舱体1呈正多边形(高度极小的正棱柱)，舱体1两端均设置有舱门2，所述舱门2为金属结构，所述可刚化辅助展开机构3安置在舱体1内部用于支撑展开舱体1，可刚化辅助展开机构3的两端分别固定连接在舱体1内部的两端面上，并可随舱体1一并进行折叠。
所述舱体1发射前采用Kresling折叠法折叠，此折叠法折展比大，可有效减小发射前舱体1的体积，进而减小舱体1的发射成本，同时采用Kresling折叠法折叠后的舱体1在展开过程中有效避免了舱壁材料间的摩擦，使舱体1的展开可以快速有效的进行，舱体1采用Kresling折叠法折叠，可根据具体应用环境需要的舱体1的尺寸与发射体积的要求调整舱体1的折叠周期、折叠角、折叠包装体积等参数，折叠形状灵活、尺寸任意。Kresling折叠法为现有公知的折叠方法。
所述舱体1的舱壁由内至外分别为密封承压内囊5及空间环境防护层4，所述密封承压内囊5与空间环境防护层4相互独立，仅在舱体1两端的舱门2的安装位置进行连接。
所述密封承压内囊5由具有气体阻隔功能的内层和具有承载功能的外层粘接而成如TPU或PE薄膜材料等，其中，内层材料采用气体阻隔性良好的薄膜材料，外层材料采用高强度高模量纤维布(如涤纶单向布、高强牛津布或PVC夹丝网布等)，用于保持和承受舱体1内部高压，防止气体外泄，提高密封承压内囊5的承载性能。
所述空间环境防护层4为多层可压缩夹芯结构，由多个刚性板6和夹芯泡沫7依次叠加组成，位于同一层的相邻两个刚性板6之间由可刚化纤维条带8连接。
所述刚性板6可以由铝金属板、纤维复合材料层合板等材料制成，刚性板的厚度为0.1～40mm，长度和宽度均为1～100m，所述夹芯泡沫7为开孔聚氨酯泡沫，厚度为1～500mm。
所述夹芯泡沫7为开孔泡沫，致使夹芯泡沫7可在舱体1折叠包装时进行压缩，进一步减小舱体1折叠后体积，舱体1在轨展开后，夹芯泡沫7依靠其开孔泡沫的变形恢复能力恢复至原始厚度，进而使空间环境防护层4恢复原始厚度形成多层大间距空间碎片防护结构，能够对空间碎片进行多次破碎和拦截，减小空间碎片对舱体1的撞击损伤，从而显著提高舱体1的空间碎片防护性能和在轨服役寿命。
所述可刚化纤维条带8由可刚化纤维复合材料制成(如碳纤维环氧预浸织物、芳纶纤维环氧预浸织物等)，并在织物内排布一层电阻丝，待舱体充气展开后，通电加热电阻丝，使可刚化纤维条带8固化。
空间环境防护层4的模块结构间通过可刚化纤维条带8进行柔性连接，使舱体1的结构能够通过充气进行展开，对可刚化纤维条带8进行加热刚化后，可提升舱体1整体结构的刚度，同时保证在空间环境中如遇舱体1气体泄漏情况，仍然能够保持舱体1的刚度，以保证舱体1不会发生变形或坍塌。
所述可刚化辅助展开机构3为圆柱体结构，可刚化辅助展开机构3包括可刚化充气管9及两个支撑底座10；两个所述支撑底座10分别设置在可刚化充气管9的两端，两个支撑底座10分别通过螺栓固定在舱体1上。舱体1展开时，先对可刚化充气管9充气，进而支撑舱体1展开，在舱体1展开成型后可刚化辅助展开机构3刚化，起结构支撑作用，提高结构刚度，同时可刚化充气管9内可安装线缆及其它柔性管路，为其它管路提供保护，避免线缆等受外力损伤及额外占用舱内空间。
所述可刚化充气管9包括气密层11、电加热层12及热固化承力层13，所述气密层11、电加热层12及热固化承力层13由内至外依次布置。
所述气密层11由聚酰亚胺薄膜制成，厚度为0.01～0.2mm；电加热层12由电加热薄膜及排布在一起的电阻丝制成；热固化承力层13由热固性树脂预浸织物制成，热固性树脂预浸织物可以是碳纤维增强环氧树脂基预浸织物、芳纶纤维增强环氧树脂基预浸织物等材料。
所述密封承压内囊5内设置有压缩气瓶，所述压缩气瓶内的气体通过气体控制阀及导流阀的调控充入至可刚化充气管9及密封承压内囊5内，稳定密封承压内囊5内气压的同时充气展开可刚化充气管9进而支撑展开舱体1。
工作原理：
附图中图7及图8为Kresling折叠法的折叠效果示意图，图中实线位置为折峰，虚线位置为折谷。
所述舱体1在发射前依照Kresling折叠法进行折叠，折叠后的舱体1将形成截面不变体积减小的正棱柱结构，有效减小发射体积，节省发射成本。
舱体1随发射器到达所需位置后根据需要进行充气展开，展开过程如下：
开启压缩气瓶，令压缩气瓶中的气体通过气体控制阀与导流阀的协同工作，将气体分别充入进可刚化辅助展开机构3及密封承压内囊5中，进而支撑舱体1展开。
舱体1展开后对可刚化纤维条带8及可刚化充气管9分别进行通电加热进行刚化，待刚化结束即完成舱体1的全部展开过程。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种Kresling折叠方式的充气展开式半刚性密封舱，其特征在于：包括舱体(1)、舱门(2)及可刚化辅助展开机构(3)；舱体(1)整体可进行Kresling折叠法的折叠，舱体(1)两端均设置有舱门(2)，所述可刚化辅助展开机构(3)安置在舱体(1)内部用于支撑展开舱体(1)，可刚化辅助展开机构(3)的两端分别固定连接在舱体(1)上，并可随舱体(1)一并进行折叠。
2.根据权利要求1所述的一种Kresling折叠方式的充气展开式半刚性密封舱，其特征在于：所述舱体(1)为正棱柱结构，舱体(1)的舱壁由内至外分别为密封承压内囊(5)及空间环境防护层(4)，所述密封承压内囊(5)与空间环境防护层(4)相互独立，仅在舱体(1)两端的舱门(2)的安装位置进行连接。
3.根据权利要求2所述的一种Kresling折叠方式的充气展开式半刚性密封舱，其特征在于：所述密封承压内囊(5)由具有气体阻隔功能的内层和具有承载功能的外层粘接而成，其中，内层材料采用气体阻隔性良好的薄膜材料，外层材料采用高强度高模量纤维布。
4.根据权利要求2或3所述的一种Kresling折叠方式的充气展开式半刚性密封舱，其特征在于：所述空间环境防护层(4)由多个模块化结构组合拼接构成，空间环境防护层(4)的每个模块化结构均为多层可压缩夹芯结构，由多个刚性板(6)和夹芯泡沫(7)依次叠加组成，每相邻两个模块化结构位于同一层的刚性板(6)之间由可刚化纤维条带(8)连接。
5.根据权利要求4所述的一种Kresling折叠方式的充气展开式半刚性密封舱，其特征在于：所述刚性板(6)的厚度为0.1～40mm，长度和宽度均为1～100m，所述夹芯泡沫(7)为开孔聚氨酯泡沫，厚度为1～500mm。
6.根据权利要求4所述的一种Kresling折叠方式的充气展开式半刚性密封舱，其特征在于：所述可刚化纤维条带(8)由可刚化纤维复合材料制成，并在织物内排布一层电阻丝，待舱体(1)充气展开后，通电加热电阻丝，使可刚化纤维条带(8)固化。
7.根据权利要求2所述的一种Kresling折叠方式的充气展开式半刚性密封舱，其特征在于：所述可刚化辅助展开机构(3)包括可刚化充气管(9)及两个支撑底座(10)；两个所述支撑底座(10)分别设置在可刚化充气管(9)的两端，两个支撑底座(10)分别固定在舱体(1)上。
8.根据权利要求7所述的一种Kresling折叠方式的充气展开式半刚性密封舱，其特征在于：所述可刚化充气管(9)包括气密层(11)、电加热层(12)及热固化承力层(13)，所述气密层(11)、电加热层(12)及热固化承力层(13)由内至外依次布置。
9.根据权利要求8所述的一种Kresling折叠方式的充气展开式半刚性密封舱，其特征在于：所述气密层(11)由聚酰亚胺薄膜制成，厚度为0.01～0.2mm；电加热层(12)由电加热薄膜及排布在一起的高温电阻丝制成；热固化承力层(13)由热固性树脂预浸织物制成。
10.根据权利要求7所述的一种Kresling折叠方式的充气展开式半刚性密封舱，其特征在于：所述密封承压内囊(5)内设置有压缩气瓶，所述压缩气瓶内的气体通过气体控制阀及导流阀的调控充入至可刚化充气管(9)及密封承压内囊(5)内。
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114030651B (zh) | 2024-10-01 |
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