CN116513507A - 一种可折叠/展开的蜂窝结构月球舱的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种可折叠/展开的蜂窝结构月球舱的制备方法，可满足地外星体宇航员居住、液体输送与耐压容器等需求。本发明采用平面圆环形片材经过等分标记、错位连接、轴向拉伸，然后在指定位置上胶固化，得到可折叠伸缩的空心蜂窝结构；利用蜂窝表面树脂涂层分步固化，实现蜂窝结构月球舱的结构定型。本发明提出了一种新的空心蜂窝结构作为月球舱骨架结构。平面蜂窝结构具有密度小、耐压能力强等优点，应用于防盗门夹层、航空飞机、瓦楞纸板等，平面蜂窝弯曲时，会造成蜂窝变形，严重影响其受力性能。该新型空心蜂窝结构兼具了平面蜂窝的优点，还解决了平面蜂窝难以应用于曲面的问题。
Description
技术领域
本发明属于月球舱制备技术领域，具体涉及一种可折叠/展开的蜂窝结构月球舱的制备方法。
背景技术
在月球基地的建设中，住所是一个重要组成因素。对于建设先遣队来说，一个能快捷搭建的临时住所，不需要有很长的寿命，能够满足建设设备的存放和人员休息，就完全足够了。月球由于没有像地球那样的大气环境，整体暴露在宇宙之中，会被大量宇宙射线照射，而且月球不发光，光热完全来源于太阳光，所以有无太阳光照射时温差巨大，为保证人员和设备的安全，住所要阻挡宇宙射线的照射，还要具有隔热保温的效果。
目前月球舱基地的研究方案主要有如下几种：直接发送舱体着陆作为月球舱、3D打印制造月球舱、利用装填月壤的月壤袋搭建基地、月壤烧结制砖搭建基地、输送框架结合月壤搭建基地等，目前月球舱基地面临的问题主要有搭建复杂，输送成本高等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的月球舱基底搭建复杂、输送成本高等问题，提供一种可折叠/展开的蜂窝结构月球舱的制备方法，该方法制备的空心蜂窝结构月球舱属于输送框架结合月壤搭建基地的方案，具有特殊的轴向层接、径向无缝蜂窝结构，蜂窝孔立面朝径向方向均匀排布，该蜂窝结构径向承压能力强、可实现柔性折叠与展开，得到的月球舱是一种耐压结构，应用于耐压部件。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种可折叠/展开的蜂窝结构月球舱的制备方法，所述方法为：
步骤一：以片材为基底制备圆环结构蜂窝基元，并对其进行精确等分与标记；根据蜂窝成型原理对等分蜂窝基元进行错位连接，得到空心蜂窝结构；
步骤二：在空心蜂窝表面布设加热电阻丝，并预留电源接入口；
步骤三：将粘性预固化环氧树脂喷涂在空心蜂窝结构表面，并在树脂层表面覆隔离膜，得到月球舱骨架；
步骤四：在完全展开的月球舱骨架内表面粘接柔性可充气内膜，折叠蜂窝即得到发射状态的蜂窝结构月球舱；
步骤五：将月球舱发射至预定位置后，给柔性内膜充气，展开月球舱，通过蜂窝结构预留电源入口通电，加热使预固化环氧树脂进行二次固化，完成蜂窝结构月球舱的固化定型；
步骤六：在固化结构蜂窝结构月球舱表面的蜂窝中填充月壤，形成宇宙射线屏蔽层与保温层，完成月球舱的整体建造。
进一步地，步骤一中，所述片材为铝片材、不锈钢片、PET片材、HTPE片材、PC片材、PVC片材、PP片材、PS片材、ABS片材、橡胶片材、高分子膜、纸张或芳纶纸中的一种；所述圆环结构蜂窝基元为平面圆环片材，如图1所示。
进一步地，步骤一中，所述等分主要指的是对蜂窝基元中的平面片材进行等分，该平面片材形状为平面圆环，将平面圆环平分为12(16、20、24、28、32等4的倍数，最小为12)份；所述标记主要指的是对蜂窝基元中的平面片材进行标记；标记过程如下：将其中一个等分线作为起始线，从起始线开始，顺时针对等分好的扇面进行编号标记，如图1和2所示，分别标记为1、2、3…；所述错位连接指：保证每个平面片材编号、扇面对齐，奇数层与下一层的连接的位置编号分别为1、5、9、13…如图1和2黑色位置，偶数层与下一层连接的位置分别为3、7、11、15…如图1～3灰色部分；所述连接为粘接、焊接、熔合、铆钉、缝合中的一种或多种。
进一步地，步骤二中，所述空心蜂窝表面指每个六边形柱状孔的内部六个壁面，如图4所示；所述布设指将电阻丝弯曲成蛇形粘贴在空心蜂窝表面上，电阻丝的密度由电阻丝功率决定，以确保后续能够完全固化。
进一步地，步骤三中，所述粘性预固化环氧树脂为高温固化环氧体系树脂，该体系不达到目标温度，固化十分缓慢，先预固化至粘度较大但不硬化；所述树脂层表面指喷涂树脂后的空心蜂窝表面；所述隔离膜为表面光滑的高分子膜，如PET离型膜等，主要目的是防止相对的树脂层相互粘连。
进一步地，步骤四中，所述柔性可充气内膜为具有较好柔性以及气密性的高分子膜，如硅树脂膜等，充气后形状为贴合展开月球舱内壁的圆柱状，所述折叠为沿轴向方向折叠，如图5所示轴向方向。
进一步地，步骤五中，所述二次固化指加热固化至完全固化。
进一步地，步骤五中，所述月球舱表面的蜂窝指的是月球舱骨架和柔性内膜组成的六边形柱状孔，如图6所示，往此空间内填充月壤。
本发明相对于现有技术的有益效果为：本发明提出了一种新的空心蜂窝结构作为月球舱骨架结构。平面蜂窝结构具有密度小、耐压能力强等优点，应用于防盗门夹层、航空飞机、瓦楞纸板等，平面蜂窝弯曲时，会造成蜂窝变形，严重影响其受力性能。该新型空心蜂窝结构兼具了平面蜂窝的优点，还解决了平面蜂窝难以应用于曲面的问题。而且，该蜂窝结构将具有可伸缩性，运输过程中可折叠，节约空间，便于运输，使用时可拉伸组装得到成品，方便快捷。该蜂窝结构固相体积小，节约成本，具有经济效益。该发明输送的框架具有可折叠，自动搭建等优点，适合充当基地建设前期的临时住所。可折叠框架节约体积，一次可以送大量框架去月球，输送成本降低，可自动搭建，方便快捷。
附图说明
图1是带有编号的平面圆环片材示意图；
图2是空性蜂窝中圆环片材显示编号的立体形状示意图；
图3是不同层连接位置示意图；
图4是在六边形柱孔六个内壁上布设电阻丝示意图；
图5是可折叠蜂窝结构的轴向方向和径向方向图；
图6是柔性内膜与蜂窝孔壁组成的六边形柱孔图；
图7是空心蜂窝结构模型正视图和左视图；
图8是空心蜂窝结构模型的俯视图；
图9是空心蜂窝结构模型的立体图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
临时住所的搭建，参考了远古时期人类利用天然山洞居住的想法，人为地建造一个在月球表面的“山洞”，该月球舱采用月球上的月壤作为覆盖，利用了月壤阻挡宇宙射线、隔绝温度变化、量大易得的特点，将其作为填充物填充在蜂窝孔中，从而形成了“人造山洞”的结构，可作为临时住所。蜂窝骨架提供了支撑作用，月壤和柔性内膜提供了宇宙射线阻隔和保温的功能。
本发明采用可折叠的空心蜂窝结构，发射时为可折叠形状，折叠起来可大大减少空间占用，为人员和设备让出了更多空间，节省了成本，固化后具有轻质高强的特点，可承受较大压力，能保证内部人员和设备的安全。同时采用加热电阻丝加热固化，固化方便。在组装时，只需要将压缩的月球舱放入需要放置基地的地点，先充气使柔性内膜展开成圆柱状，带动蜂窝骨架展开，之后使用加热电阻丝的电源预留口通电，使电阻丝加热，此时蜂窝骨架上的树脂层将受热固化，等到完全固化，断开电路，蜂窝骨架便固化完毕。之后就由人工或机器往蜂窝孔上填充月壤，这样月球舱就施工完成，进入使用。
该月球舱的优点在于(1)发射时节省空间，一次可以携带较多个的月球舱用于使用；(2)搭建方便快捷，只需要充气、接通电源、填充月壤等简单步骤；(3)采用轻质高强的蜂窝结构，相比实心结构节省物料，成本较低；(4)就地取材，利用月壤解决宇宙射线和隔热的问题；(5)内部空间较大，灵活性高，面对其他情况如太阳耀斑或陨石撞击等因素，可在月球舱内部添加加固设备。
现有的曲面蜂窝结构基本是平面蜂窝沿着环形方向展开、两端连接形成圆筒，与本发明的区别在于：首先，本发明的空心蜂窝在环向上是连续的，不存在连接，可以保证环向上受力均匀，无连接带来的缺陷。第二，本发明初始即环形，现有曲面蜂窝结构因为要沿着环形展开，所以有蜂窝层数要求，蜂窝层数少则无法展开成完整圆形，本发明层数决定了空心蜂窝结构轴向的高度。第三，现有曲面蜂窝在展开时不同部位蜂窝孔展开程度不一样，内部蜂窝展开程度小，外部蜂窝展开程度大，且展开时蜂窝孔壁变形，靠近外壁的蜂窝孔壁变形越大，本发明的蜂窝结构各个部位展开程度相近，每一圈蜂窝孔大小和形状基本一样，无缺陷，受力能力更均匀。
本发明可满足地外星体宇航员居住、液体输送与耐压容器等需求。本发明采用平面圆环形片材经过等分标记、错位连接、轴向拉伸，然后在指定位置上胶固化，得到可折叠伸缩的空心蜂窝结构；利用蜂窝表面树脂涂层分步固化，实现蜂窝结构月球舱的结构定型。该发明具有可伸缩性、折叠时方便运输、展开简单，创新点在于解决了宇航员登陆月球时的舱体快速成型问题。
实施例1：
(1)以芳纶纸为基底制备外径1m、内径0.8m的圆环结构蜂窝基元，并对其进行精确32等分与编号标记；
(2)将第一层的1、5、9、13、17、…、25、29号位置涂布上环氧胶；
(3)在保证下一层的扇面与编号与该层对齐的前提下，将下一层与该层紧贴，确保涂胶部分能够粘接。
(4)将第二层的3、7、11、15、…、27、31号位置涂布上环氧胶，在保证下一层的扇面与编号与该层对齐的前提下，粘接好下一层。
(5)单数层和偶数层涂胶位置分别与第一层和第二层一致，重复步骤(3)，就能得到一定长度的空心蜂窝结构。
(6)在每个标记位置上粘贴好合适的蛇形热电阻线，并预留好电源接入口。
(7)使用拉伸工具对空心蜂窝结构进行拉伸，展开后首先均匀喷涂上预固化的环氧树脂，涂布完毕后在每个树脂面上贴上隔离膜，
(8)在完全展开的月球舱骨架中加上相匹配的圆柱状柔性可充气内膜，并将可充气内膜与月球舱骨架相接触地方粘接起来。
(9)沿着轴向方向折叠起来得到发射状态的蜂窝结构月球舱。
(10)发射到月球上之后，将压缩的月球舱放入需要放置基地的地点，先充气使柔性内膜展开成圆柱状，带动蜂窝骨架展开。
(11)使用加热电阻丝的电源预留口通电，使电阻丝加热，使树脂层将受热固化，等到完全固化，断开电路，蜂窝骨架便固化完毕。
(12)由人工或机器往蜂窝孔上填充月壤，月球舱就施工完成，可进入使用。
Claims (8)
1.一种可折叠/展开的蜂窝结构月球舱的制备方法，其特征在于：所述方法为：
步骤一：以片材为基底制备圆环结构蜂窝基元，并对其进行精确等分与标记；根据蜂窝成型原理对等分蜂窝基元进行错位连接，得到空心蜂窝结构；
步骤二：在空心蜂窝表面布设加热电阻丝，并预留电源接入口；
步骤三：将粘性预固化环氧树脂喷涂在空心蜂窝结构表面，并在树脂层表面覆隔离膜，得到月球舱骨架；
步骤四：在完全展开的月球舱骨架内表面粘接柔性可充气内膜，折叠蜂窝即得到发射状态的蜂窝结构月球舱；
步骤五：将月球舱发射至预定位置后，给柔性内膜充气，展开月球舱，通过蜂窝结构预留电源入口通电，加热使预固化环氧树脂进行二次固化，完成蜂窝结构月球舱的固化定型；
步骤六：在固化结构蜂窝结构月球舱表面的蜂窝中填充月壤，形成宇宙射线屏蔽层与保温层，完成月球舱的整体建造。
2.根据权利要求1所述的一种可折叠/展开的蜂窝结构月球舱的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述片材为铝片材、不锈钢片、PET片材、HTPE片材、PC片材、PVC片材、PP片材、PS片材、ABS片材、橡胶片材、高分子膜、纸张或芳纶纸中的一种；所述圆环结构蜂窝基元为平面圆环片材。
3.根据权利要求1所述的一种可折叠/展开的蜂窝结构月球舱的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述等分主要指的是对蜂窝基元中的平面片材进行等分，所述标记主要指的是对蜂窝基元中的平面片材进行标记；所述连接为粘接、焊接、熔合、铆钉、缝合中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种可折叠/展开的蜂窝结构月球舱的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述空心蜂窝表面指每个六边形柱状孔的内部六个壁面；所述布设指将电阻丝弯曲成蛇形粘贴在空心蜂窝表面上。
5.根据权利要求1所述的一种可折叠/展开的蜂窝结构月球舱的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述粘性预固化环氧树脂为高温固化环氧体系树脂；所述树脂层表面指喷涂树脂后的空心蜂窝表面；所述隔离膜为表面光滑的高分子膜。
6.根据权利要求1所述的一种可折叠/展开的蜂窝结构月球舱的制备方法，其特征在于：步骤四中，所述柔性可充气内膜为具有较好柔性以及气密性的高分子膜，所述折叠为沿轴向方向折叠。
7.根据权利要求1所述的一种可折叠/展开的蜂窝结构月球舱的制备方法，其特征在于：步骤五中，所述二次固化指加热固化至完全固化。
8.根据权利要求1所述的一种可折叠/展开的蜂窝结构月球舱的制备方法，其特征在于：步骤五中，所述月球舱表面的蜂窝指的是月球舱骨架和柔性内膜组成的六边形柱状孔，往此空间内填充月壤。
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