CN116413892A - 一种空间遥感器碳纤维框架预制体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间遥感器碳纤维框架预制体及其制备方法，属于纤维预制体制备技术领域。本发明的空间遥感器碳纤维框架预制体包括第一环向梁预制体、第二环向梁预制体、若干十字主梁预制体；其中，所述的若干十字主梁预制体的上、下两端分别与第一环向梁预制体、第二环向梁预制体固定在一起，每个十字主梁预制体的左、右两端顺次连接在一起，形成圆柱型网格结构；在所述的圆柱型网格结构的各个网格内均设有交叉梁预制体，且每个所述的交叉梁预制体的各个端部均与其相对应的网格的各个角落相固定。本发明的空间遥感器碳纤维框架预制体的结构设计和制备方法即提高了整个结构的稳定性以及承载能力，同时满足了空间遥感器对于轻质的要求。

Description

一种空间遥感器碳纤维框架预制体及其制备方法

技术领域

本发明涉及纤维预制体制备技术领域，特别是涉及一种空间遥感器碳纤维框架预制体及其制备方法。

背景技术

空间遥感器是靠镜头支撑结构来保持一个整体结构的，镜头支撑结构是整个相机的骨架。它不但要支撑各反射镜组件，还要作为遮光罩、载荷电子学和星上一些其它高精度设备的安装平台。高比刚度的镜头支撑结构是保证各反射镜组件面形和光学间距等系统参数，进而保证光学系统成像质量的重要组件。国防和军事安全对空间遥感器技术指标（如分辨力、幅宽）要求越来越高，空间遥感器的主反射镜口径将越来越大，焦距越来越长，其质量和体积迅速增大，对相机镜头支撑结构的要求也越来越苛刻。未来空间遥感器的镜头支撑结构必须具备质量轻、比刚度高、轻量化程度高、稳定性好等特点。

现有的镜头支撑结构主要为桁架支撑结构，采用的是碳纤维复合材料桁架杆和钛合金管接头，由于钛合金材料的热膨胀系数较大，这种连接方式在温差很大的空间环境中工作时，无法抵抗空间热载荷变化对结构的影响，对

于次反射镜相对于主反射镜的倾角和刚体位移指标要求较高的空间遥感器来说，很难保证整体结构的热尺寸稳定性。为此，申请号为201710829043.4的发明专利“一种空间光学遥感器碳纤维桁架支撑结构”通过对桁架杆与框架连接处的接头结构进行专门的热变形设计，接头组件采用简单的多边形板和“V”形块组合而成，与桁架杆和框架之间采用胶黏剂进行粘接，并且局部用铆钉进行加固，提升了碳纤维桁架支撑结构对空间热载荷变化的抵抗能力和热尺寸稳定性。然而，该专利中的“V”形结构设置以及各连接处采用胶黏剂、螺栓、铆钉的连接方式既破坏了支撑结构在受到外力作用时对载荷传递的连续性，又容易产生胶黏剂失效、螺栓或铆钉松动而无法长久保证整个结构稳定性的问题，且增加的这些组件既增加了制作难度也加大了整个支撑结构的重量。

基于此，有必要通过研究提供一种空间遥感器碳纤维框架预制体及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种空间遥感器碳纤维框架预制体及其制备方法，通过采用双向连续的十字主梁预制体、交叉梁预制体与第一环向梁预制体、第二环向梁预制体进行组合缝合，提高了整个结构的稳定性以及承载能力，同时满足了空间遥感器对于轻质的要求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明的第一个方面提供了一种空间遥感器碳纤维框架预制体，包括第一环向梁预制体、第二环向梁预制体、若干十字主梁预制体；其中，所述的若干十字主梁预制体的上、下两端分别与第一环向梁预制体、第二环向梁预制体固定在一起，每个十字主梁预制体的左、右两端顺次连接在一起，形成圆柱型网格结构。

进一步地，在所述的圆柱型网格结构的各个网格内均设有交叉梁预制体，且每个所述的交叉梁预制体的各个端部均与其相对应的网格的各个角落相固定。

进一步地，所述的十字主梁预制体和交叉梁预制体均为双向连续结构。

进一步地，所述的十字主梁预制体的上、下两端均设有一对第一搭接边，其中，上端的第一搭接边与第一环向梁预制体采用对穿缝合的方式固定在一起，下端的第一搭接边与第二环向梁预制体采用对穿缝合的方式固定在一起。

进一步地，所述的十字主梁预制体的横向的一端沿其腹板设有第二搭接边。

更进一步地，所述的第二搭接边的厚度为腹板厚度的一半。

更进一步地，所述的十字主梁预制体的横向的另一端的腹板预留有搭接槽，且所述搭接槽的尺寸与第二搭接边的尺寸相对应。

再进一步地，所述的第二搭接边置于搭接槽中，并采用对穿缝合的方式固定在一起。

进一步地，所述的十字主梁预制体的4个交叉区域还预留有第三搭接边。

进一步地，所述的交叉梁预制体的整体尺寸与网格尺寸相对应，且交叉梁预制体的交叉角度为20°~90°。

进一步地，所述的交叉梁预制体的各个端部均设有一对第四搭接边，且每个端部的腹板中间均预留有开口槽。

更进一步地，所述的开口槽的尺寸与十字主梁预制体的第三搭接边的尺寸相对应。

再进一步地，所述的交叉梁预制体的各个开口槽内均嵌入与之相对应的第三搭接边，并采用对穿缝合的方式固定在一起。

进一步地，在所述的交叉梁预制体的各个端部与其相对应的网格的上、下梁之间均设置有插件预制体。

更进一步地，所述的插件预制体的上、下两端分别设有第五搭接边、第六搭接边，其中，所述的第五搭接边与所对应的交叉梁采用对穿缝合的方式固定在一起，所述的第六搭接边与所对应的网格的上梁或下梁采用对穿缝合的方式固定在一起。

进一步地，在所述的十字主梁预制体、第一环向梁预制体、第二环向梁预制体以及交叉梁预制体的各个连接处，以及所述的插件预制体与其相对应的网格的上、下梁的外层均包裹一层纤维加强布。

进一步地，所述的第一环向梁预制体、第二环向梁预制体、十字主梁预制体、交叉梁预制体均为工字梁结构；所述的插件预制体为柱状结构。

进一步地，所述的第一环向梁预制体、第二环向梁预制体、十字主梁预制体、交叉梁预制体均采用若干碳纤维织物和若干碳纤维网胎制成，层间密度为28-32层/10mm；所述的纤维加强布采用一层碳纤维织物和一层碳纤维网胎制成。

本发明的第二个方面提供了上述空间相机碳纤维框架预制体的制备方法，包括如下步骤：

S1、根据产品尺寸准备第一环向梁预制体、第二环向梁预制体、若干个十字主梁预制体、若干个交叉梁预制体；其中，所述的十字主梁预制体的上、下两端均设有一对第一搭接边，横向的一端沿其腹板设有第二搭接边，另一端的腹板预留有搭接槽，且十字主梁预制体的4个交叉区域还预留有第三搭接边；所述的交叉梁预制体的各个端部均设有一对第四搭接边，且每个端部的腹板中间均预留有开口槽；

S2、依次将每一个十字主梁预制体的第二搭接边置于与其相邻的另一个十字主梁预制体的搭接槽中并采用对穿缝合的方式固定在一起，再将每个十字主梁预制体的上、下端的第一搭接边分别与第一环向梁预制体、第二环向梁预制体采用对穿缝合的方式固定在一起，然后采用交叉缝合的方式对每个十字主梁预制体的上、下端与第一环向梁预制体、第二环向梁预制体的相接处进行缝合加固，形成圆柱型网格结构；

S3、在上述圆柱型网格结构的各个网格内均安装一个交叉梁预制体，安装时，将每个所述的交叉梁预制体的各个开口槽内均嵌入与之相对应的第三搭接边，并采用对穿缝合的方式固定在一起，同时，将其各个第四搭接边分别与所对应的网格的梁采用对穿缝合的方式固定在一起，即得所述的次镜支撑架预制体。

进一步地，所述的交叉梁预制体的交叉角度为20°~90°。

进一步地，在所述的交叉梁预制体的各个端部与其相对应的网格的上、下梁之间均设置有插件预制体。

更进一步地，所述的插件预制体的上、下两端分别设有第五搭接边、第六搭接边，其中，所述的第五搭接边与所对应的交叉梁采用对穿缝合的方式固定在一起，所述的第六搭接边与所对应的网格的上梁或下梁采用对穿缝合的方式固定在一起。

进一步地，在所述的十字主梁预制体、第一环向梁预制体、第二环向梁预制体、交叉梁预制体的各个连接处，以及所述的插件预制体与其相对应的网格的上、下梁的外层均包裹一层纤维加强布。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

1、本发明的空间相机碳纤维框架预制体采用了双向连续的十字主梁预制体和交叉梁预制体，使其在受到外力作用时，可以更好地对外载荷进行传递，从而有效提高了空间相机碳纤维框架预制体的承载能力。

2、本发明采用组合式的方式进行制备，使其整个制备过程均具有可调性，方便了根据需要进行局部调节，也方便了后期零部件的更换。

3、本发明周身均为碳纤维材质，且各连接处均采用缝合加固的方式进行连接，一方面降低了整体结构的重量，另一方面也不会产生胶黏剂失效、螺栓或铆钉松动而无法长久保证整个结构稳定性的问题。

4、本发明插件预制体的设计，使交叉梁预制体与圆柱型网格结构连接的更加稳固，从而进一步地提高空间相机碳纤维框架预制体的稳定性和承载能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的预制体的整体示意图；

图2为本发明实施例提供的十字主梁预制体的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的交叉梁预制体的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的插件预制体的结构示意图。

附图标记说明：

1-第一环向梁预制体、2-第二环向梁预制体、3-十字主梁预制体、4-交叉梁预制体、5-插件预制体、31-第一搭接边、32-第二搭接边、33-第三搭接边、41-第四搭接边、42-开口槽、51-第五搭接边、52-第六搭接边。

具体实施方式

下面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，显然，所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做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。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图4所示，本发明提供了一种空间相机碳纤维框架预制体的结构示意图，包括第一环向梁预制体1、第二环向梁预制体2、若干十字主梁预制体3和若干交叉梁预制体4。为了满足空间相机支撑结构的轻质、承重要求，所述的第一环向梁预制体1、第二环向梁预制体2、若干十字主梁预制体3、若干交叉梁预制体4均为碳纤维工字梁结构，所述的碳纤维工字梁结构是采用若干碳纤维织物和若干碳纤维网胎制成，层间密度为28-32层/10mm。且所述的十字主梁预制体3和交叉梁预制体4均为双向连续结构。其中，此外，所述的十字主梁预制体3和交叉梁预制体4均为双向连续结构。需说明的是，本发明所述的双向连续结构是指十字主梁预制体3或交叉梁预制体4在其交叉的两个方向保持载荷传递的连续性，下表1是本发明的双向连续结构与现有技术的交叉预制体的承力测试结果，经验证，本发明的双向连续结构在受到外力作用时，对外载荷的传递能力更好，具体可参考本申请人前述研究所申请的另一发明专利“基于纤维工字梁的双向连续交叉件预制体及其制备方法”。

表1

测试项目	本实施例所用双向连续结构	现有的交叉结构1	现有的交叉结构2
				最大载荷（N）	228.51	141.02	169.2

本发明中，所述的十字主梁预制体3的数量可根据具体使用环境对于支撑结构的强度要求而定，本发明优选数量为6个。为了便于连接和固定，每个十字主梁预制体3的上、下两端均设有一对第一搭接边31，横向的一端沿其腹板设有第二搭接边32，另一端的腹板预留有搭接槽（常规部件，图中未显示），且十字主梁预制体3的4个交叉区域还预留有第三搭接边33。其中，为了保持空间相机碳纤维框架预制体横向的均匀性和稳定性，所述的第二搭接边32的厚度为腹板厚度的一半，且所述搭接槽的尺寸与第二搭接边32的尺寸相对应。连接时，先依次将每一个十字主梁预制体3的第二搭接边32置于与其相邻的另一个十字主梁预制体3的搭接槽中并采用对穿缝合的方式固定在一起，再将每个十字主梁预制体3的上、下端的第一搭接边31分别与第一环向梁预制体1、第二环向梁预制体2采用对穿缝合的方式固定在一起，然后采用交叉缝合的方式对每个十字主梁预制体3的上、下端与第一环向梁预制体1、第二环向梁预制体2的相接处进行缝合加固，形成圆柱型网格结构。

为了进一步提高上述圆柱型网格结构的稳定性和承载能力，本发明在每一个网格内均安装一个交叉梁预制体4，所述交叉梁预制体4的交叉角度为20°~90°，具体根据网格尺寸而定。所述交叉梁预制体4的各个端部均设有一对第四搭接边41，且每个端部的腹板中间均预留有开口槽42，所述的开口槽42的尺寸与十字主梁预制体的第三搭接边33的尺寸相对应。安装时，将每个所述的交叉梁预制体4的各个开口槽42内均嵌入与之相对应的第三搭接边33，并采用对穿缝合的方式固定在一起，同时，将其各个第四搭接边41分别与所对应的网格的梁采用对穿缝合的方式固定在一起，即得所述的空间相机碳纤维框架预制体。

为了使交叉梁预制体4与圆柱型网格结构连接的更加稳固，从而进一步地提高空间相机碳纤维框架预制体的稳定性和承载能力，本发明在所述的交叉梁预制体4的各个端部与其相对应的网格的上、下梁之间均设置了插件预制体5，且所述的插件预制体5为柱状结构。为了方便连接，所述的插件预制体5的上、下两端分别设有第五搭接边51、第六搭接边52，其中，所述的第五搭接边51与所对应的交叉梁预制体4采用对穿缝合的方式固定在一起，所述的第六搭接边52与所对应的网格的上梁或下梁采用对穿缝合的方式固定在一起。

为了进一步加固空间相机碳纤维框架预制体，本发明在所述的十字主梁预制体3、交叉梁预制体4、第一环向梁预制体1、第二环向梁预制体2的各个连接处，以及所述的插件预制体5与其相对应的网格的上、下梁的外层均包裹一层纤维加强布（常规部件，图中未显示），所述的纤维加强布采用一层碳纤维织物和一层碳纤维网胎制成。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的装置相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见装置部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (23)

1.一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，包括第一环向梁预制体、第二环向梁预制体、若干十字主梁预制体；其中，所述的若干十字主梁预制体的上、下两端分别与第一环向梁预制体、第二环向梁预制体固定在一起，每个十字主梁预制体的左、右两端顺次连接在一起，形成圆柱型网格结构。

2.根据权利要求1所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，在所述的圆柱型网格结构的各个网格内均设有交叉梁预制体，且每个所述的交叉梁预制体的各个端部均与其相对应的网格的各个角落相固定。

3.根据权利要求2所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，所述的十字主梁预制体和交叉梁预制体均为双向连续结构。

4.根据权利要求1所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，所述的十字主梁预制体的上、下两端均设有一对第一搭接边，其中，上端的第一搭接边与第一环向梁预制体采用对穿缝合的方式固定在一起，下端的第一搭接边与第二环向梁预制体采用对穿缝合的方式固定在一起。

5.根据权利要求1所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，所述的十字主梁预制体的横向的一端沿其腹板设有第二搭接边。

6.根据权利要求4所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，所述的第二搭接边的厚度为腹板厚度的一半。

7.根据权利要求5所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，所述的十字主梁预制体的横向的另一端的腹板预留有搭接槽，且所述搭接槽的尺寸与第二搭接边的尺寸相对应。

8.根据权利要求7所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，所述的第二搭接边置于搭接槽中，并采用对穿缝合的方式固定在一起。

9.根据权利要求1所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，所述的十字主梁预制体的4个交叉区域还预留有第三搭接边。

10.根据权利要求2所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，所述的交叉梁预制体的整体尺寸与网格尺寸相对应，且交叉梁预制体的交叉角度为20°～90°。

11.根据权利要求2所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，所述的交叉梁预制体的各个端部均设有一对第四搭接边，且每个端部的腹板中间均预留有开口槽。

12.根据权利要求11所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，所述的开口槽的尺寸与十字主梁预制体的第三搭接边的尺寸相对应。

13.根据权利要求11所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，所述的交叉梁预制体的各个开口槽内均嵌入与之相对应的第三搭接边，并采用对穿缝合的方式固定在一起。

14.根据权利要求2所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，在所述的交叉梁预制体的各个端部与其相对应的网格的上、下梁之间均设置有插件预制体。

15.根据权利要求14所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，所述的插件预制体的上、下两端分别设有第五搭接边、第六搭接边，其中，所述的第五搭接边与所对应的交叉梁采用对穿缝合的方式固定在一起，所述的第六搭接边与所对应的网格的上梁或下梁采用对穿缝合的方式固定在一起。

16.根据权利要求2所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，在所述的十字主梁预制体、第一环向梁预制体、第二环向梁预制体以及交叉梁预制体的各个连接处，以及所述的插件预制体与其相对应的网格的上、下梁的外层均包裹一层纤维加强布。

17.根据权利要求16所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，所述的第一环向梁预制体、第二环向梁预制体、十字主梁预制体、交叉梁预制体均为工字梁结构；所述的插件预制体为柱状结构。

18.根据权利要求16所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体，其特征在于，所述的第一环向梁预制体、第二环向梁预制体、十字主梁预制体、交叉梁预制体均采用若干碳纤维织物和若干碳纤维网胎制成，层间密度为28-32层/10mm；所述的纤维加强布采用一层碳纤维织物和一层碳纤维网胎制成。

19.根据权利要求2～18任意一项所述的一种空间遥感器碳纤维框架预制体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、根据产品尺寸准备第一环向梁预制体、第二环向梁预制体、若干个十字主梁预制体、若干个交叉梁预制体；其中，所述的十字主梁预制体的上、下两端均设有一对第一搭接边，横向的一端沿其腹板设有第二搭接边，另一端的腹板预留有搭接槽，且十字主梁预制体的4个交叉区域还预留有第三搭接边；所述的交叉梁预制体的各个端部均设有一对第四搭接边，且每个端部的腹板中间均预留有开口槽；

S2、依次将每一个十字主梁预制体的第二搭接边置于与其相邻的另一个十字主梁预制体的搭接槽中并采用对穿缝合的方式固定在一起，再将每个十字主梁预制体的上、下端的第一搭接边分别与第一环向梁预制体、第二环向梁预制体采用对穿缝合的方式固定在一起，然后采用交叉缝合的方式对每个十字主梁预制体的上、下端与第一环向梁预制体、第二环向梁预制体的相接处进行缝合加固，形成圆柱型网格结构；

S3、在上述圆柱型网格结构的各个网格内均安装一个交叉梁预制体，安装时，将每个所述的交叉梁预制体的各个开口槽内均嵌入与之相对应的第三搭接边，并采用对穿缝合的方式固定在一起，同时，将其各个第四搭接边分别与所对应的网格的梁采用对穿缝合的方式固定在一起，即得所述的次镜支撑架预制体。

20.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，所述的交叉梁预制体的交叉角度为20°～90°。

21.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，在所述的交叉梁预制体的各个端部与其相对应的网格的上、下梁之间均设置有插件预制体。

22.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述的插件预制体的上、下两端分别设有第五搭接边、第六搭接边，其中，所述的第五搭接边与所对应的交叉梁采用对穿缝合的方式固定在一起，所述的第六搭接边与所对应的网格的上梁或下梁采用对穿缝合的方式固定在一起。

23.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，在所述的十字主梁预制体、第一环向梁预制体、第二环向梁预制体、交叉梁预制体的各个连接处，以及所述的插件预制体与其相对应的网格的上、下梁的外层均包裹一层纤维加强布。

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