CN114087263B - 一种空间复合材料立体网架结构 - Google Patents
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Abstract
本发明一种空间复合材料立体网架结构，包括复合材料杆件和钛合金连接接头，通过钛合金连接接头将复合材料杆件在各个节点处连接在一起，形成可整体承载的立体空间网架结构。本发明能够解决水平起降天地往返运载器的结构设计方案问题，为实现水平起降天地往返运载器结构系统减重提供重要技术基础。
Description
技术领域
本项目所属技术领域为组合动力水平起降天地往返运载器的结构总体设计，主要用于解决组合动力水平起降天地往返运载器的结构方案设计问题。
背景技术
复合材料结构设计是当前先进飞行器结构设计最主要的技术方法之一。复合材料结构具有先天的比强度和比刚度优势，如何通过合理的结构优化设计，使之与飞行器结构设计形式相结合，达到符合飞行器结构设计实际需求的结构设计方案是本发明的背景技术。
英国的SKYLON飞行器结构系统方案第一次提出了复合材料杆件的空间网架结构，通过文献《Application of Carbon Fibre Truss Technology to the FuselageStructure of the SKYLON Spaceplane》可知：复合材料杆件通过钛合金接头以胶接的方式进行连接。该结构已通过试验验证，表明该结构具有一定的工程可行性，但试验也反映出该结构胶接的连接形式容易出现低温破坏和疲劳破坏问题，目前该结构的改进和试验工作仍在进行。
发明内容
本发明的技术解决问题是：针对SKYLON飞行器空间网架结构胶接面易失效的特点，创新性地提出一种以挤压传递受力为主，胶接为辅的复合材料杆件空间网架结构，通过分拆式钛合金接头实现空间网架结构的组装，为组合动力水平起降天地往返运载器结构系统方案设计提供设计思路和技术基础。
本发明的技术方案是：
一种空间复合材料立体网架结构，该结构由复合材料杆件和金属接头组成，复合材料杆件在各节点处通过金属接头进行连接，以形成完整的空间立体交叉网状结构。
复合材料杆件包括：剪切杆件、框外缘杆件、框内缘杆件和框剪切杆件；
金属接头包括：第一金属接头、第二金属接头和第三金属接头；
复合材料杆件为已弯折的连续空心管状结构，复合材料杆件在金属接头处穿过并未间断；
沿轴向阵列有多个框结构，框结构为平面结构，框结构由框外缘杆件、框内缘杆件和框剪切杆件组成，通过第一金属接头、第二金属接头和第三金属接头进行连接；框外缘杆件直径、框内缘杆件直径、框剪切杆件直径和弯折角度随具体设计情况而定；
剪切杆件通过第一金属接头与框结构连接。剪切杆件直径和弯折角度随具体设计情况而定。
复合材料杆件材料为复合材料，材料的选择和壁厚等参数随具体设计情况而定。
该金属接头为可拆解组合结构，通过拆解再组合的方式将复合材料杆件组装并固定，金属接头组合后的连接方式是螺接，金属接头材料为钛合金，金属接头结构的设计实现形式随具体设计情况而定。
金属接头与复合材料杆件接触处须涂胶进行辅助固化。
适于传递机身剪切载荷，不适于传递机身轴向载荷。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1)提出适于天地往返运载器的新型轻质、高强、高效的复合材料立体网架结构，替代传统结构设计形式，降低结构系数，显著提升结构效率。
2)可形成高效可靠的连续纤维空间杆系网架结构连接和制造技术，较SKYLON结构构型优化连接及制造技术，显著提升结构可靠性和使用寿命。
3)可形成新型复合材料立体网架结构的综合设计优化方法，为后续工程实施奠定应用基础。
附图说明
图1为本发明一种空间复合材料立体网架整体组装图；
图2为本发明第一金属接头示意图；
图3为本发明第二金属接头示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种空间复合材料立体网架结构，该结构由复合材料杆件1和金属接头2组成，复合材料杆件1在各节点处通过金属接头2进行连接，以形成完整的空间立体交叉网状结构。
复合材料杆件1包括：剪切杆件1-1、框外缘杆件1-2、框内缘杆件1-3和框剪切杆件1-4；
如图2、3所示，金属接头2包括：第一金属接头2-1、第二金属接头2-2和第三金属接头2-3；
复合材料杆件1为已弯折的连续空心管状结构，复合材料杆件1在金属接头2处穿过并未间断；
沿轴向阵列有多个框结构，框结构为平面结构，框结构由框外缘杆件1-2、框内缘杆件1-3和框剪切杆件1-4组成，通过第一金属接头2-1、第二金属接头2-2和第三金属接头进行连接；框外缘杆件1-2直径、框内缘杆件1-3直径、框剪切杆件1-4直径和弯折角度随具体设计情况而定；
剪切杆件1-1通过第一金属接头2-1与框结构连接。剪切杆件直径和弯折角度随具体设计情况而定。
其材料为复合材料，材料的选择和壁厚等参数随具体设计情况而定。
该金属接头为可拆解-组合结构，通过拆解再组合的方式将复合材料杆件组装并固定，接头组合后的连接方式是螺接，其材料为钛合金，接头结构的设计实现形式随具体设计情况而定。
金属接头与复合材料杆件接触处须涂胶进行辅助固化。该结构适于传递机身剪切载荷，不适于传递机身轴向载荷。
实施例
一种空间复合材料立体网架结构，结构组成包括复合材料杆件1和金属接头2，具体说明如下：通过工装将复合材料杆件(1-1，1-2，1-3，1-4)固定，通过可拆解再组合的金属接头(2-1，2-2，2-3)将空间网架结构在各个连接节点处进行连接固定，接头的连接方式为螺接，接头内部与复合材料杆件的接触处涂胶并进行加固固化。
本发明主要用于水平起降天地往返运载器结构方案设计问题，实现飞行器新型结构设计形式并达到有效降低结构系数的效果，为水平起降天地往返运载器结构系统方案设计提供设计思路和技术基础。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (2)
1.一种空间复合材料立体网架结构，其特征在于，包括：复合材料杆件（1）和金属接头（2）；
复合材料杆件（1）在各节点处通过金属接头（2）进行连接，以形成完整的空间立体交叉网状结构；
复合材料杆件（1）为已弯折的连续空心管状结构，复合材料杆件（1）在金属接头（2）处穿过并未间断；
复合材料杆件（1）材料为复合材料，材料的选择和壁厚参数随具体设计情况而定；
该金属接头（2）为可拆解-组合结构，通过拆解再组合的方式将复合材料杆件组装并固定，金属接头（2）组合后的连接方式是螺接，金属接头（2）材料为钛合金，金属接头（2）结构的设计实现形式随具体设计情况而定；
空间复合材料立体网架结构适于传递机身剪切载荷，不适于传递机身轴向载荷；
复合材料杆件（1）包括：剪切杆件（1-1）、框外缘杆件（1-2）、框内缘杆件（1-3）和框剪切杆件（1-4）；
金属接头（2）包括：第一金属接头（2-1）、第二金属接头（2-2）和第三金属接头（2-3）；
沿轴向阵列有多个框结构，框结构为平面结构，框结构由框外缘杆件（1-2）、框内缘杆件（1-3）和框剪切杆件（1-4）组成，通过第一金属接头（2-1）、第二金属接头（2-2）和第三金属接头进行连接；框外缘杆件（1-2）直径、框内缘杆件（1-3）直径、框剪切杆件（1-4）直径和弯折角度随具体设计情况而定；
剪切杆件（1-1）通过第一金属接头（2-1）与框结构连接；剪切杆件直径和弯折角度随具体设计情况而定。
2.根据权利要求1所述的一种空间复合材料立体网架结构，其特征在于：金属接头与复合材料杆件接触处须涂胶进行辅助固化。
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