FR2918309A1 - Structure de grille utilisant du plastique renforce en fibre de carbone - Google Patents

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Abstract

Structure de grille avancée ayant une résistance élevée et une faible dilatation thermique comprenant un premier groupe latéral de grille s'étendant dans la même direction que le premier groupe préimprégné à bande (12) ; un second groupe latéral de grille s'étendant dans la même direction que le second groupe préimprégné à bande (13) ; et un troisième groupe latéral de grille s'étendant dans la même direction qu'un troisième groupe préimprégné à bande (14), qui constituent chacun un côté du groupe de grille, un rapport de la structure de grille avancée étant supérieur à 0 et 0,107 ou moins, obtenu en divisant une largeur latérale de grille par un intervalle entre un point central d'une zone, où le second et le troisième groupes latéraux se croisent et le centre de la zone la plus proche de celle où le second et le troisième groupes se croisent ; les fibres de carbone ayant un module d'élasticité de 280 GPa ou plus et de 330 GPa ou moins.

Description

Structure de grille utilisant du plastique renforcé en fibre de carbone.
La présente invention concerne une structure de grille avancée qui présente des caractéristiques de résistance élevée et de faible dilatation thermique, et qui est formée en utilisant un plastique renforcé en fibres de carbone, qui est un matériau utilisable dans le domaine aérospatial qui est plus léger que le métal et a un faible coefficient de dilatation thermique. Au cours des récentes années, avec l'augmentation de la demande pour des images haute résolution de la surface de la terre, on fait un plan pour disposer une pluralité de petits satellites intégrant des dispositifs optiques dans l'orbite terrestre basse. Par conséquent, beaucoup d'importance est accordée au développement de petits satellites intégrant les dispositifs optiques. Afin d'empêcher la réduction de la précision d'observation des dispositifs optiques, il est nécessaire que chacun des satellites ait une structure de satellite ayant une stabilité dimensionnelle thermique. En outre, à la différence des structures de satellites moyennes et grandes, qui doivent avoir une rigidité élevée, les petites structures de satellites doivent avoir une résistance élevée. En tant que structure satellite ayant une stabilité dimensionnelle thermique, nous suggérons une structure à faible dilatation thermique ayant un treillis quadrangulaire complexe. La structure à faible dilatation thermique du treillis quadrangulaire complexe est obtenue en combinant des tubes quadrangulaires et des tiges ayant des fentes. Les tubes quadrangulaires sont formés en utilisant des caractéristiques qui diffèrent en matière de coefficient de dilatation thermique entre une direction dans laquelle se dirigent les fibres de carbone du plastique renforcé en fibre de carbone et une direction perpendiculaire à la direction dans laquelle se dirigent les fibres de carbone, et en ajustant un angle d'orientation des fibres de carbone, de sorte que le coefficient de dilatation thermique soit proche de zéro. En outre, les tiges comprennent des premières tiges faites de plastique renforcé en fibres de carbone et des secondes tiges faites de plastique renforcé en fibres de carbone. Des fentes sont ménagées sur celles- ci dans des positions qui s'adaptent les unes dans les autres. La structure à faible dilatation thermique est assemblée en disposant les premières tiges et les secondes tiges perpendiculairement les unes aux autres et en les adaptant par le biais des fentes et est structurée en adaptant les tubes quadrangulaires à un côté interne entouré par des surfaces latérales des tiges. Avec cette structure, une structure ayant une valeur de coefficient de dilatation thermique proche de zéro est réalisée (voir par exemple les auteurs, K.J. Yoon et trois autres COMPOSITE GRID STRUCTURE WITH NEAR-ZERO THERMALLY INDUCED DEFLECTION , 41 ème AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference and Exhibit, Avril 2000, AIAA-200-1476, pp. 971-976). Toutefois, dans la structure à faible dilatation thermique mentionnée ci-dessus, tandis que le coefficient de dilatation thermique peut être réglé dans une gamme comprise entre -1,0 ppm/k et 1,0 ppm/K, les tiges sont mises en place et adhèrent les unes aux autres à travers les fentes. Par conséquent, il existe un problème dans la mesure où la résistance de la structure à faible dilatation thermique est limitée à une faible résistance à la traction d'environ 40 MPa aux portions adhésives, de sorte que la résistance soit réduite.
Dans ce cas, quand une structure stratifiée pseudo-isotrope classique est structurée en utilisant des fibres de carbone ayant un module d'élasticité à la traction de 280 GPa ou plus et de 330 GPa ou moins, il est possible de réaliser la structure stratifiée pseudo- isotrope ayant une résistance élevée, dont la résistance à la traction est de 4600 MPa ou plus, mais dont le coefficient de dilatation thermique est de 1,1 ppm/K ou plus. En général, des fibres de carbone ont un coefficient de dilatation thermique négatif et une résine a un coefficient de dilatation thermique positif. Par conséquent, tandis que le plastique renforcé en fibres de carbone ayant une structure stratifiée monodirectionnelle des fibres de carbone a le coefficient de dilatation thermique négatif dans une direction des fibres de carbone, la structure stratifiée pseudo-isotrope a ainsi un coefficient de dilatation thermique positif. En outre, le module d'élasticité et le coefficient de dilatation thermique des fibres de carbone ont une relation inversement proportionnelle, et leur module d'élasticité et leur résistance ont également une relation inversement proportionnelle. Par conséquent, la résistance et le coefficient de dilatation thermique des fibres de carbone ont une relation proportionnelle. Par conséquent, dans la structure stratifiée pseudo-isotrope formée en utilisant les fibres de carbone ayant une résistance élevée, un coefficient de dilatation thermique ne 3 peut pas être proche de zéro. Donc, il existe un problème en ce que cette structure stratifiée pseudo-isotrope n'est pas appropriée pour la structure satellite intégrant des dispositifs optiques en termes de stabilité dimensionnelle thermique. En outre, les satellites d'observation de la terre conventionnels ont des tailles moyennes ou grandes, de sorte qu'il est nécessaire que ces structures de satellites aient une rigidité élevée et de faibles caractéristiques de dilatation thermique. Par conséquent, il n'est pas possible d'atteindre un but consistant à développer une structure satellite ayant des caractéristiques de résistance élevée et de faible dilatation thermique.
Un objet de la présente invention consiste à proposer une structure de grille avancée ayant des caractéristiques de résistance élevée et de faible dilatation thermique. Selon la présente invention, nous proposons une structure de grille avancée comprenant : un premier groupe préimprégné à bande dans lequel les fibres de carbone, qui sont disposées à intervalles égaux dans une première direction, sont orientées dans une direction longitudinale des fibres de carbone ; un second groupe préimprégné à bande dans lequel les fibres de carbone, qui sont disposées à intervalles égaux dans une seconde direction inclinée dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre à 60 degrés par rapport à la première direction, sont orientées dans une direction longitudinale des fibres de carbone ; un troisième groupe préimprégné à bande dans lequel les fibres de carbone, qui sont disposées à intervalles égaux dans une troisième direction inclinée dans le sens des aiguilles d'une montre à 60 degrés par rapport à la première direction, sont orientées dans une direction longitudinale des fibres de carbone, le premier groupe préimprégné à bande, le second groupe préimprégné à bande et le troisième groupe préimprégné à bande étant stratifiés de manière répétitive dans l'ordre indiqué, de sorte que deux des premier, second et troisième groupes préimprégnés à bande se chevauchent l'un l'autre et, étant chauffés sous pression, afin de former ainsi la structure à grille avancée ; un premier groupe latéral à grille s'étendant dans la même direction que le groupe préimprégné et constituant un côté d'un groupe de grille ; 4 un second groupe latéral à grille s'étendant dans la même direction que le second groupe préimprégné à bande et constituant un côté du groupe de grille ; et un troisième groupe latéral à grille s'étendant dans la même direction que le troisième groupe préimprégné à bande et constituant un côté du groupe de grille, dans lequel : un rapport de structure de la structure de grille avancée est supérieur à 0 et 0,107 ou moins, le rapport de structure étant obtenu en divisant une largeur latérale de la grille par un intervalle entre un point central d'une zone où le second groupe latéral à grille et le troisième groupe latéral à grille se croisent et le centre d'une zone qui est la plus proche de la zone où le second groupe latéral à grille et le troisième groupe latéral à grille se croisent, et où le second groupe latéral à grille et le troisième groupe latéral à grille se croisent ; et les fibres de carbone ont un module d'élasticité à la traction de 280 GPa ou plus et de 330 GPa ou moins.
La structure de grille avancée selon la présente invention comprend les trois groupes latéraux à grille ayant chacun des côtés à grille disposés à intervalles égaux dans lesquels des fibres de carbone sont orientées dans une direction. Sur les trois groupes latéraux à grille, le premier groupe latéral à grille est utilisé comme une référence, et le second groupe latéral à grille et le troisième groupe latéral à grille restants sont inclinés dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens contraire à 60 degrés, respectivement. Les trois groupes latéraux à grille se croisent. Par conséquent, le résultat comprend des portions stratifiées monodirectionnelles des fibres de carbone, dans lesquelles les côtés grillagés ne se croisent pas, et des portions de zone de croisement où les groupes latéraux à grille se croisent. Les portions de zone de croisement des groupes latéraux à grille présentent des caractéristiques proches de celles de la structure stratifiée pseudo-isotrope. Quand le rapport des groupes à grille des triangles équilatéraux augmente, les caractéristiques de la structure à grille deviennent plus proches des caractéristiques de la structure stratifiée pseudo-isotrope, en présentant ainsi un effet ayant des caractéristiques de résistance élevée et de faible dilatation thermique. Suivant des modes particuliers, la structure de grille avancée comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le rapport de structure est supérieur à 0 et 0,053 ou moins ; - le rapport de structure est supérieur à 0 et 0,040 ou moins ; et - la structure de grille compren en outre une plaque stratifiée dans laquelle les fibres de carbone sont orientées et stratifiées de sorte que la structure 5 de grille avancée présente une faible dilatation thermique. Sur les dessins joints : la figure 1 est une vue frontale d'un exemple de structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention ; la figure 2 est une vue frontale d'un autre exemple de structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention ; les figures 3 sont des vues agrandies comprenant chacune un point de jonction de la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention ; les figures 4 sont des vues en plan illustrant des préimprégnés à bande en fibres de carbone de trois types pour fabriquer la structure à grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention ; la figure 5 est une vue agrandie comprenant des grilles triangulaires équilatérales et une grille hexagonale de la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention ; la figure 6 est une vue en coupe illustrant un dispositif de mesure pour un coefficient de dilatation thermique de la structure à grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention ; La figure 7 est un graphique illustrant la dépendance entre le coefficient de dilatation thermique et un rapport de structure en utilisant une distance entre 25 les zones de croisement, comme paramètre ; la figure 8 est un graphique illustrant la dépendance entre le coefficient de dilatation thermique des fibres de carbone et le module d'élasticité à la traction des fibres de carbone ; la figure 9 est un graphique illustrant la dépendance entre un coefficient 30 de dilatation thermique et un rapport de structure d'une structure de grille avancée selon un second mode de réalisation de la présente invention ; 6 la figure 10 est un graphique illustrant la dépendance entre un coefficient de dilatation thermique et un rapport de structure d'une structure de grille avancée selon un troisième mode de réalisation de la présente invention ; la figure 11 est une vue frontale d'une structure de grille avancée selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention ; et les figures 12 sont des vues en plan de feuilles préimprégnées en fibres de carbone de trois types pour fabriquer la structure à grille avancée selon le quatrième mode de réalisation de la présente invention. La figure 1 est une vue frontale d'un exemple de structure de grille avancée selon un premier mode de réalisation de la présente invention. La figure 2 est une vue frontale d'un autre exemple de la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention. Pour la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention, on utilise des préimprégnés formés en imprégnant une résine dans des fibres de carbone et en semi-durcissant le résultat. Des préimprégnés à bande semblable à des courroies comprenant des préimprégnés formés d'une résine époxy renforcée en fibres de carbone dans laquelle les fibres de carbone sont orientées selon une direction longitudinale sont stratifiés de façon à être chauffés sous pression, en étant ainsi formés en une structure en poutre à treillis. Comme fibres de carbone, on utilise des fibres de carbone TORAYCA (marque déposée) T800HB fabriquées par Toray Industries Inc, ayant une résistance élevée et un module d'élasticité à la traction de 280 GPa ou plus et de 330 GPa ou moins. Les termes utilisés dans la description suivante sont décrits.
Un terme côté de grille décrit ci-après représente chacun des composants constituant les côtés d'une grille triangulaire équilatérale et une grille hexagonale fournie sur la structure de grille avancée. Un terme préimprégné à bande est un élément semblable à une bande dans un état semi-durci, qui est fabriqué en imprégnant une résine en une pluralité de fibres de carbone intégrées. La structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention, dont la direction longitudinale est une direction verticale sur un plan des figures 1 et 2, comprend une pluralité de côtés de grilles (ci-après 7 dénommés côté de grille dans la direction 0 degré ) 1 qui sont disposés parallèlement les uns aux autres à intervalles égaux dans une première direction perpendiculaire à la direction longitudinale, une pluralité de côtés de grilles (ci-après, appelés côté de grille dans la direction +60 degrés ) 2 qui croisent les côtés de grille dans la direction 0 degré 1 en étant inclinés dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre à 60 degrés et qui sont disposés parallèlement les uns aux autres à intervalles égaux, et une pluralité de côtés de grilles (ci-après dénommés côté de grille dans la direction à -60 degrés ) 3 qui croisent les côtés de grille dans la direction à 0 degré 1 en étant inclinés dans le sens des aiguilles d'une montre à 60 degrés et qui sont disposés parallèlement les uns aux autres à intervalles égaux. Il faut noter que la pluralité de côtés de grille dans la direction à 0 degré est appelée premier groupe latéral de grille, la pluralité de côtés de grille dans la direction + 60 degrés 2 est appelée second groupe latéral de grille, et la pluralité de côtés de grille dans la direction -60 degré 3 est appelée troisième groupe latéral de grille. Dans la structure à grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention, les côtés de grille dans la direction 0 degré 1, les côtés de grille dans la direction +60 degrés 2 et les côtés de grille dans la direction -60 degrés 3 forment des grilles triangulaires équilatérales 4 et des grilles hexagonales 5. Les figures 3 sont des vues agrandies comprenant chacune un point de jonction de la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention. La vue agrandie de la figure 3A illustre un cas où une distance entre les zones de croisement des groupes latéraux de grille est de zéro comme dans le cas de la structure de grille avancée de la figure 1. La vue agrandie de la figure 3B illustre un cas où la distance entre les zones de croisement des groupes latéraux de grille n'est pas égale à zéro comme dans le cas de la structure de grille avancée de la figure 2. Le côté de grille dans la direction 0 degré 1 croise, comme illustré sur les figures 3, le côté de grille dans la direction +60 degrés 2 et le côté de grille dans la direction -60 degrés 3 dans une première zone de croisement 6 et une seconde zone de croisement 7, respectivement. Le côté de grille dans la direction + 60 degrés 2 croise le côté de grille dans la direction -60 degrés 3 dans une troisième 8 zone de croisement 8. Il s'avère que lorsque la première zone de croisement 6, la seconde zone de croisement 7 et la troisième zone de croisement 8 existent à proximité les unes des autres, ces zones ont des caractéristiques proches de celle d'une structure stratifiée pseudo-isotrope. Il faut noter que la troisième zone de croisement 8 a une forme de losange et un point central où deux lignes diagonales du losange se croisent l'une l'autre est appelé point de jonction 9. En outre, il s'avère que, avec les zones de croisement 6, 7 et 8 espacées d'une distance 10, de façon à ne pas être mises en contact les unes avec les autres, quand un rapport d'un groupe de grille triangulaire équilatérale contenu dans la structure de grille est accru, la structure de grille a des caractéristiques proches de celle de la structure stratifiée pseudo-isotrope. Il faut noter que, dans ce cas, une valeur maximum de la distance 10 entre les zones de croisement 6 et 7 est la moitié de la distance entre les points de jonction 9. Ensuite, une description est donnée d'un procédé de fabrication de la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention. Les figures 4 sont des vues en plan de préimprégnés à bande pour fabriquer la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention. En utilisant des fibres de carbone TORAYCA (marque déposée) T800HB, fabriquées par Toray Industries Inc, ayant un module d'élasticité à la traction de 280 GPa ou plus et de 330 GPa ou moins et un matériau en résine époxy, des préimprégnés à bande semblables à des courroies dans lesquels les fibres de carbone sont orientées dans la direction longitudinale (direction verticale du plan de la figure 4A) sont préparées. Un préimprimé à bande en fibre de carbone dans la direction 0 degré 12 dans lequel les fibres de carbone sont orientées parallèlement à un côté de référence 11, comme illustré sur la figure 4A, un préimprégné en fibre de carbone dans la direction +60 degrés 13, dans lequel les fibres de carbone sont orientées de façon à être inclinées dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre à 60 degrés relativement au côté de référence 11, comme illustré sur la figure 4B, et un préimprégné en fibre de carbone dans la direction -60 degrés 14 dans lequel les fibres de carbone sont orientées de façon à être inclinées dans le sens des aiguilles d'une montre à 60 degrés relativement au côté de référence 11, comme illustré sur la figure 4C, sont stratifiés dans l'ordre 9 indiqué à plusieurs reprises. Le résultat est chauffé sous pression, en fabriquant ainsi la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention illustré sur les figures 1 ou 2. Il faut noter que la pluralité de préimprégnés à bande en fibre de carbone dans la direction 0 degré 12 disposée est appelée premier groupe préimprégné à bande, la pluralité de préimprégnés à bande en fibre de carbone dans la direction +60 degrés 13 disposée est appelée second groupe préimprégné à bande et la pluralité de préimprégnés à bande en fibre de carbone dans la direction -60 degrés 14 disposée est appelée troisième groupe préimprégné à bande.
Dans ce cas, il s'est avéré que, lorsque, parmi le premier côté de grille s'étendant dans la même direction que le premier préimprégné à bande et constituant un côté du groupe de grille, le second groupe latéral à grille s'étendant dans la même direction que le second groupe préimprégné à bande et constituant un côté du groupe de grille, et le troisième groupe latéral de grille s'étendant dans la même direction que le troisième groupe préimprégné à bande et constituant un côté du groupe de grille, des zones où le premier groupe latéral à grille, le second groupe latéral à grille et le troisième groupe latéral à grille se croisent les uns les autres existent à proximité les unes des autres, les zones ayant des caractéristiques proches de celles de la structure stratifiée pseudo-isotrope.
En outre, il s'est avéré que, dans la structure de grille comprenant le groupe de grille triangulaire équilatérale et le groupe de grille hexagonale, quand la distance entre les zones où les groupes latéraux de grille se croisent est plus grande afin d'augmenter le rapport de groupe de grille triangulaire équilatérale compris dans la structure de grille, la structure de grille a des caractéristiques proches de celles de la structure stratifiée pseudo-isotrope. La figure 5 est une vue agrandie comprenant les grilles triangulaires équilatérales 4 et la grille hexagonale 5 de la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention. Dans ce cas, deux facteurs indiquant une structure de la structure de grille avancée comprenant les grilles triangulaires équilatérales 4 et les grilles hexagonales 5 sont introduits afin de déterminer une relation entre les facteurs et un coefficient de dilatation thermique de la structure de grille avancée. 10 L'un des facteurs à introduire est un quotient obtenu en divisant une largeur W du côté de la grille par une distance L entre les points de jonction 9. Le quotient est appelé rapport de structure. L'autre facteur à introduire est une distance a entre les zones de croisement où les côtés de grille se croisent. Il faut noter que, dans ce cas, la distance a est égale à 0 ou plus et L/2 ou moins. Ensuite, une description est faite de la mesure du coefficient de dilatation thermique de la structure de grille avancée. Dans la mesure du coefficient de dilatation thermique de la structure de grille avancée, tout d'abord, la structure de grille avancée qui est un échantillon de mesure 15 est placée sur une base de support d'échantillon 16 à fixer sur l'intérieur d'un four à température constante 17. Ensuite, en contrôlant la température dans le four à température constante 17 afin de modifier la température de l'échantillon de mesure 15, un laser est appliqué à partir des dispositifs de mesure de déplacement de foyer laser 19 vers les miroirs à réflexion laser 18 adhérant aux deux extrémités de l'échantillon de mesure 15 et la lumière réfléchie est reçue pour mesurer une quantité de déplacement de l'échantillon de mesure 15 en chauffant, à savoir en calculant le coefficient de dilatation thermique. La distance L entre les points de jonction 9 de la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention est de 105 mm et une largeur W du côté de grille est de 1,60 mm, de sorte que le rapport de structure soit de 1,60/105 = 0,015. En outre, la distance a entre les zones de croisement où les côtés de grille se croisent est de 0 mm. A ce stade, le coefficient de dilatation thermique mesuré est de -0,20 ppm/K.
Ensuite, les préimprégnés à bande ont été préparés, de sorte que des distances auxquelles les côtés de grille ont été disposés côte à côte, à savoir, les distances L entre les points de jonction 9 soient différentes les unes des autres, et la structure de grille avancée a ainsi été fabriquée. Dans ce cas, les rapports de structure étaient de 1,60/105 = 0,015, 1,60/52,5 = 0,030, 1,60/26,25 = 0,060 et 1,60/14,953 = 0,107. Les distances a entre les zones étaient de 0 mm et 24 mm. Le coefficient de dilatation thermique de la structure de grille avancée a été mesuré comme illustré sur la figure 6. 11 La figure 7 est un graphique illustrant les coefficients de dilatation thermique avec le rapport de structure tracé sur un axe horizontal. Ensuite, nous définissons une gamme de fibres de carbone, dans lesquelles on suppose que la structure de grille avancée a une résistance élevée comme petite structure de satellite. En général, les fibres de carbone comprennent des fibres de carbone ayant une résistance élevée et des fibres de carbone ayant une élasticité élevée. Toutefois, quand la structure stratifiée pseudo-isotrope classique est fabriquée en utilisant les fibres de carbone à élasticité élevée, le coefficient de dilatation thermique peut être proche de zéro. Cela est dû au fait que le plastique renforcé en fibres de carbone a un coefficient de dilatation thermique négatif dans une direction des fibres de carbone et a un coefficient de dilatation thermique positif dans une direction perpendiculaire aux fibres de carbone. Par conséquent, en les combinant, le coefficient de dilatation thermique devient proche de zéro. Toutefois, dans le cas des fibres de carbone à résistance élevée, en général, une résistance à la traction et un module d'élasticité à la traction des fibres de carbone ont une relation inversement proportionnelle. Par conséquent, le module d'élasticité à la traction diminue et le coefficient de dilatation thermique des fibres de carbone lui-même devient plus proche de zéro. Donc, dans la structure stratifiée pseudo-isotrope, le coefficient de dilatation thermique ne peut pas être rendu proche de zéro. La figure 8 est un graphique illustrant une relation entre le module d'élasticité à la traction et le coefficient de dilatation thermique des fibres de carbone. Au contraire, dans la structure de grille avancée comprenant une structure stratifiée monodirectionnelle des fibres de carbone et une structure proche de la structure stratifiée pseudo-isotrope, en ajustant le rapport de la structure et la distance entre les zones de croisement des côtés de grille, le coefficient de dilatation thermique peut être égal à zéro même en utilisant des fibres de carbone de résistance élevée. Par conséquent, les fibres de carbone sont supposées être une référence de détermination, dont le coefficient de dilatation thermique ne peut pas être proche de zéro dans la structure stratifiée pseudo-isotrope classique, mais peut être de zéro dans la structure de grille avancée. En se référant à un module d'élasticité à la traction de ces fibres de carbone, le module d'élasticité à la traction est défini comme étant de 330 GPa ou moins. En outre, parmi les fibres de carbone haute résistance, il existe des fibres de carbone ayant une résistance à la traction inférieure à celle des fibres de carbone mentionnées ci-dessus, utilisées comme référence de détermination. Ces fibres de carbone doivent être éliminées de la gamme de résistance élevée. Les fibres de carbone mentionnées ci-dessus ont une résistance à la traction d'environ 4600 MPa. En se référant à un module d'élasticité à la traction de ces fibres de carbone, le module d'élasticité à la traction est défini comme étant de 280 GPa ou moins. Les descriptions ci-dessus sont résumées comme suit. En effet, la gamme des fibres de carbone ayant une résistance élevée dans la structure de grille avancée comprennent les fibres de carbone ayant le module d'élasticité à la traction de 280 GPa ou plus et de 330 GPa ou moins.
Ensuite, une gamme de fibres de carbone est définie dans lesquelles onsuppose que la structure de grille avancée a une dilatation thermique faible comme petite structure de satellite. Dans ce cas, un coefficient de dilatation thermique est pris comme référence de détermination, et est obtenu en utilisant des fibres de carbone TORAYCA (marque déposée) T1000G ayant une résistance plus élevée actuellement et qui ne peuvent pas être obtenues dans la structure stratifiée pseudo-isotrope classique. Dans ce cas, le coefficient de dilatation thermique de la structure stratifiée pseudo-isotrope est de 0,93 ppm/K, donc une gamme de structure châssis de la structure de grille avancée qui présente une faible dilatation thermique comprend une structure châssis ayant un coefficient de dilatation thermique de -0,9 ppm/K ou plus et de 0,9 ppm/K ou moins. La structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention comprend les trois groupes latéraux de grille, chacun d'eux étant formé en disposant à intervalles égaux les côtés de grilles dans lesquels les fibres de carbone sont orientées dans une direction. Sur les trois groupes latéraux de grille, le premier groupe latéral de grille est utilisé comme référence, le second groupe latéral de grille restant et le troisième groupe latéral de grille sont inclinés à 60 degrés dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens contraire, respectivement, et le premier groupe latéral de grille, le second groupe latéral de 13 grille, et le troisième groupe latéral de grille se croisent. Par conséquent, la structure de grille avancée comprend des portions où les fibres de carbone sont stratifiées uniquement dans une direction et où les groupes latéraux de grille ne se croisent pas, et des portions de zones de croisement où les groupes latéraux de grille se croisent. Dans ce cas, une structure est établie dans laquelle les portions de zone de croisement des groupes latéraux de grille ont des caractéristiques semblables à celles de la structure stratifiée pseudo-isotrope. Par conséquent, un rapport entre les portions de zone de croisement et les portions stratifiées monodirectionnelles de la structure de grille est ajusté en ajustant les rapports de structure. En outre, quand le rapport des grilles triangulaires équilatérales dans la structure de grille augmente, les caractéristiques de la structure de grille deviennent plus proches des caractéristiques de la structure stratifiée pseudoisotrope. Par conséquent, en ajustant le rapport entre les grilles triangulaires équilatérales et les grilles hexagonales comprises dans la structure de grille en ajustant les distances entre les zones de croisement, des caractéristiques de résistance élevée et de faible dilatation thermique peuvent être obtenues. La figure 7 est un graphique illustrant la dépendance entre le coefficient de dilatation thermique et le rapport de structure, la distance entre les zones de croisement étant utilisée comme paramètre. La figure 7 illustre que, dans le cas où les fibres de carbone ayant un module d'élasticité à la traction de 280 GPa ou plus et de 330 GPa ou moins sont utilisées et la largeur W du côté de la grille ou la distance L entre les points de jonction 9 est ajustée de sorte que le rapport de structure soit supérieur à 0 et 0,107 ou moins, il est possible d'obtenir la structure de grille avancée ayant le coefficient de dilatation thermique de -0,9 ppm/K ou plus et 0,9 ppm/K ou moins. Il faut noter que, dans la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention, on utilise des préimprégnés formés en imprégnant une résine époxy dans les fibres de carbone TORAYCA (marque déposée) T800HB fabriquées par Toray Industries Inc ayant le module d'élasticité à la traction de 280 GPa ou plus et de 330 GPa ou moins et en semi-durcissement le résultat. Toutefois, une résine n'est pas limitée à la résine époxy, et n'importe quelle résine peut être appliquée à la présente invention tant qu'elle présente les 14 propriétés chimiques mécaniques thermiques de résistance dans l'environnement d'utilisation. Une structure de grille avancée selon un second mode de réalisation de la présente invention comprend des fibres de carbone différentes de celles de la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention. Par conséquent, les rapports de structure de la structure de grille avancée selon le second mode de réalisation sont différents de ceux du premier mode de réalisation, mais d'autres détails sont les mêmes. Donc, les mêmes composants sont représentés par les mêmes symboles de référence et une description de ceux-ci est donc omise. Les fibres de carbone utilisées pour la structure de grille avancée selon le second mode de réalisation de la présente invention ont le module d'élasticité à la traction de 280 GPa ou plus et de 330 GPa ou moins. Ensuite, les préimprégnés à bande ont été préparés de sorte que les distances auxquelles les côtés de grilles ont été disposés côte à côte, à savoir les distances L entre les points de jonction 9 soient différentes les unes des autres, et la structure de grille avancée a été fabriquée ainsi. Dans ce cas, les rapports de structure étaient de 0,015, 0,030, 0,060 et 0,107. Les distances a entre les zones de croisement étaient de 0 mm et 24 mm. Le coefficient de dilatation thermique de la structure de grille avancée a été mesuré comme illustré sur la figure 6. La figure 9 est un graphique illustrant la dépendance entre le coefficient de dilatation thermique et le rapport de structure, la distance entre les zones de croisement étant utilisée comme paramètre. Ensuite, nous définissons une gamme de fibres de carbone dans lesquelles on suppose que la structure de grille avancée a une dilatation thermique extrêmement basse. Dans ce cas, un coefficient de dilatation thermique minimum est utilisé comme référence de détermination, qui est obtenu quand les fibres de carbone contenues actuellement sont utilisées pour former la structure stratifiée pseudo-isotrope conventionnelle. Quand la structure stratifiée pseudo- isotrope est formée en utilisant des fibres de carbone TORAYCA (marque déposée) M60J fabriquées par Toray Industries Inc, un coefficient de dilatation thermique de -0,2 5 ppm/K et de 0,25 ppm/K ou moins. 15 La figure 9 montre qu'en ajustant la largeur W du côté de grille ou les distances L entre les points de jonction 9 et les distances a entre les zones de croisement de sorte que les rapports de structure soient supérieurs à 0 et 0,053 ou moins, il est possible d'obtenir la structure de grille avancée ayant le coefficient de dilatation thermique de -0,25 ppm/K ou plus et de 0,25 ppm/K ou moins. D'autre part, une des trois feuilles préimprégnées de fibres de carbone dans lesquelles les fibres de carbone ayant le module d'élasticité à la traction de 280 GPa ou plus et de 330 GPa ou moins sont orientées dans une direction est inclinée dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre à 60 degrés, une autre des trois feuilles préimprégnées de fibres de carbone est inclinée dans le sens des aiguilles d'une montre à 60 degrés, et les trois feuilles préimprégnées de fibres de carbone sont stratifiées pour être chauffées sous pression. Par conséquent, la résine époxy est durcie. Tandis que ce corps est pseudo-isotrope, un coefficient de dilatation thermique de celui-ci est de 1,1 ppm/K ou plus.
Dans la structure de grille avancée selon le second mode de réalisation de la présente invention, comme la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention, en ajustant le rapport entre les portions de zone de croisement des côtés de grille et les portions stratifiées monodirectionnelles où les côtés de grilles ne se croisent pas dans la structure de grille avancée et les distances entre les zones de croisement des côtés de grilles, le coefficient de dilatation thermique de la structure de grille avancée peut être rendu inférieur. En outre, puisque les fibres de carbone ayant le module d'élasticité à la traction de 280 GPa ou plus et de 330 GPa ou moins sont utilisées et la largeur W du côté de grille ou les distances L entre les points de jonction 9 et les distances a entre les zones de croisement sont réglées de sorte que les rapports de structure soient supérieurs à 0 et 0,053 ou moins, il est possible d'obtenir la structure de grille avancée ayant un coefficient de dilatation thermique de -0,25 ppm/K ou plus et de 0,25 ppm/K ou moins.
Une structure de grille avancée selon un troisième mode de réalisation de la présente invention comprend des fibres de carbone différentes de celles de la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention. Par conséquent, le rapport de structure de la structure de grille avancée 16 selon le troisième mode de réalisation est différent de celui du premier mode de réalisation, mais d'autres détails sont les mêmes. Donc, les mêmes composants sont représentés par les mêmes symboles de référence et une description de ceux-ci est omise.
Les fibres de carbone utilisées pour la structure de grille avancée selon le troisième mode de réalisation de la présente invention ont un module d'élasticité à la traction de 280 GPa ou plus et de 330 GPa ou moins. Ensuite, les préimprégnés à bande ont été préparés de sorte que les distances auxquelles les côtés de grilles ont été disposés côte à côte, à savoir, les distances L entre les points de jonction 9 étaient différentes les unes des autres, et la structure de grille avancée a ainsi été fabriquée. Dans ce cas, les rapports de structure étaient de 0,015, 0,030, 0,060 et 0,107. Les distances a entre les zones de croisement étaient de 0 mm et 24 mm. Le coefficient de dilatation thermique de la structure de grille avancée a été mesuré comme illustré sur la figure 6.
La figure 10 est un graphique illustrant la dépendance entre le coefficient de dilatation thermique et le rapport de structure, la distance entre les zones de croisement étant utilisée comme paramètre. Ensuite, nous définissons une gamme de fibres de carbone dans lesquelles on suppose que la structure de grille avancée a une dilatation thermique basse de zéro. Dans ce cas, un état où une valeur absolue du coefficient de dilatation thermique est de 0,10 ppm/K ou moins est définie comme une dilatation thermique zéro. Par conséquent, une gamme d'une structure corporelle de la structure de grille avancée qui présente la dilatation thermique basse zéro comprend une structure corporelle ayant le coefficient de dilatation thermique de -0,10 ppm/K ou plus et 0,10 ppm/K ou moins. La figure 10 montre qu'en ajustant la largeur W du côté de grille ou les distances L entre les points de jonction 9 et les distances a entre les zones de croisement de sorte que les rapports de structure soient supérieurs à 0 et 0,040 ou moins, il est possible d'obtenir la structure de grille avancée ayant le coefficient de dilatation thermique de -0,10 ppm/K ou plus et de 0,10 ppm/K ou moins. D'autre part, une des trois feuilles préimprégnées de fibres de carbone dans lesquelles les fibres de carbone ayant le module d'élasticité à la traction de 280 GPa ou plus et de 330 GPa ou moins sont orientées dans une direction est 17 inclinée dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre à 60 degrés, une autre des trois feuilles préimprégnées de fibres de carbone est inclinée dans le sens des aiguilles d'une montre à 60 degrés, et les trois feuilles préimprégnées de fibres de carbone sont stratifiées pour être chauffées sous pression. Par conséquent, la résine époxy est durcie. Tandis que ce corps stratifié est pseudo-isotrope, un coefficient de dilatation thermique de celui-ci est de 1,1 ppm/K ou plus. Dans la structure de grille avancée selon le troisième mode de réalisation de la présente invention, comme la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention, en ajustant le rapport entre les portions de zone de croisement des côtés de grille et les portions stratifiées monodirectionnelles où les côtés de grilles ne se croisent pas dans la structure de grille avancée et les distances entre les zones de croisement des côtés de grilles, le coefficient de dilatation thermique de la structure de grille avancée peut être rendu inférieur.
En outre, puisque les fibres de carbone ayant le module d'élasticité à la traction de 280 GPa ou plus et de 330 GPa ou moins sont utilisées et la largeur W du côté de grille ou les distances L entre les points de jonction 9 et les distances a entre les zones de croisement sont réglées de sorte que les rapports de structure soient supérieurs à 0 et 0,040 ou moins, il est possible d'obtenir la structure de grille avancée ayant un coefficient de dilatation thermique de -0,10 ppm/K ou plus et de 0,10 ppm/K ou moins. La figure 11 est une vue frontale d'une structure de grille avancée selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention. La structure de grille avancée selon le quatrième mode de réalisation de la présente invention est formée, comme illustré sur la figure 11, en intégrant une plaque de résine époxy renforcée en fibre de carbone pseudo-isotrope 20 avec la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention. Ensuite, une description est faite d'une phase d'intégration de la plaque de résine époxy renforcée en fibres de carbone pseudo-isotrope avec la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention.
18 Les figures 12 sont des vues en plan de feuilles préimprégnées en fibre de carbone monodirectionnelle de trois types pour la fabrication de la structure de grille avancée selon le quatrième mode de réalisation de la présente invention. Les feuilles préimprégnées en fibres de carbone de trois types dans chacune desquelles les fibres de carbone et une résine sont choisies comme étant équivalentes en termes de coefficient de dilatation thermique au groupe de grille comprennent une feuille préimprégnée en fibres de carbone dans la direction 0 degré 22 dans laquelle les fibres de carbone sont orientées dans une direction parallèle à un côté de référence 21, comme illustré sur la figure 12A, une feuille préimprégnée en fibre de carbone dans la direction +60 degrés 23 dans laquelle les fibres de carbone sont orientées dans une direction inclinée dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre à 60 degrés relativement au côté de référence 21 comme illustré sur la figure 12B, et une feuille préimprégnée en fibre de carbone dans la direction -60 degrés 24 dans laquelle les fibres de carbone sont orientées dans une direction inclinée dans le sens des aiguilles d'une montre à 60 degrés relativement au côté de référence 21 comme illustré sur la figure 12C. Les feuilles préimprégnées en fibres de carbone des trois types sont stratifiées, la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de la présente invention est placée dessus, et le résultat est chauffé sous pression, en fabriquant ainsi la structure de grille avancée selon le quatrième mode de réalisation de la présente invention, illustré sur la figure 8. Dans la structure de grille avancée selon le quatrième mode de réalisation de la présente invention, comme la structure de grille avancée selon le premier mode de réalisation de l'invention, en ajustant le rapport entre les portions de zone de croisement des côtés de grille et les portions où les côtés de grille ne se croisent pas dans la structure de grille avancée et la distance entre les zones de croisement des côtés de grilles, le coefficient de dilatation thermique de la structure de grille avancé peut être rendu inférieur. En outre, puisque la plaque de résine époxy renforcée en fibre de carbone pseudo-isotrope 20 est disposée sur une surface de la structure de grille avancée, une zone comme la structure de grille avancée devient plus grande. Par conséquent, la connexion à d'autres parties et le montage de dispositifs sont facilités.
19 Il faut noter que, dans les structures de grille avancées selon le premier au quatrième mode de réalisation de la présente invention, les fibres de carbone de deux types sont utilisées mais les fibres de carbone n'y sont pas limitées. En utilisant les fibres de carbone capables de satisfaire une résistance élevée, en ajustant un rapport entre des portions ayant un coefficient de dilatation thermique élevé et des portions ayant un faible coefficient de dilatation thermique, il est possible d'obtenir une structure de grille avancée ayant des caractéristiques de faible dilatation thermique.

Claims (4)

REVENDICATIONS
1. Structure de grille avancée, comprenant : un premier groupe préimprégné à bande (12) dans lequel les fibres de carbone, qui sont disposées à intervalles égaux dans une première direction, sont orientées dans une direction longitudinale des fibres de carbone ; un second groupe préimprégné à bande (13) dans lequel les fibres de carbone, qui sont disposées à intervalles égaux dans une seconde direction inclinée dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre à 60 degrés, relativement à la première direction, sont orientées dans une direction longitudinale des fibres de carbone ; un troisième groupe préimprégné à bande (14) dans lequel les fibres de carbone, qui sont disposées à intervalles égaux dans une troisième direction inclinée dans le sens des aiguilles d'une montre à 60 degrés relativement à la première direction, sont orientées dans une direction longitudinale des fibres de carbone, le premier groupe préimprégné à bande (12), le second groupe préimprégné à bande (13) et le troisième groupe préimprégné à bande (14) étant stratifiés de manière répétitive dans l'ordre indiqué de sorte que deux parmi le premier, le second et le troisième groupes préimprégnés à bande se chevauchent, et étant chauffés sous pression, afin de former ainsi la structure à grille avancée ; un premier groupe latéral de grille s'étendant dans la même direction que le premier groupe préimprégné à bande et constituant un côté d'un groupe de grille ; un second groupe latéral de grille s'étendant dans la même direction que le second groupe préimprégné à bande et constituant un côté du groupe de grille ; et un troisième groupe latéral de grille s'étendant dans la même direction que le troisième groupe préimprégné à bande et constituant un côté du groupe de grille, dans lequel : un rapport de structure de la structure de grille avancé est supérieur à 0 et 0,107 ou moins, le rapport de structure étant obtenu en divisant une largeur de côté de grille par un intervalle entre un point central d'une zone où le second groupe latéral de grille et le troisième groupe latéral de grille se croisent et un centre d'une zone qui est la plus proche de la zone où le second groupe latéral de 21 grille et le troisième groupe latéral de grille se croisent, et où le second groupe latéral de grille et le troisième groupe latéral de grille se croisent ; et les fibres de carbone ont un module d'élasticité à la traction de 280 GPa ou plus et de 330 GPa ou moins.
2. Structure de grille avancée selon la revendication 1, dans laquelle le rapport de structure est supérieur à 0 et 0,053 ou moins.
3. Structure de grille avancée selon la revendication 1, dans laquelle le rapport de structure est supérieur à 0 et 0,040 ou moins.
4. Structure de grille avancée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre une plaque stratifiée dans laquelle les fibres de carbone sont orientées et stratifiées de sorte que la structure de grille avancée présente une faible dilatation thermique.
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