一種用于航天器柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的剛?cè)徇B接結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于航天器柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的剛?cè)徇B接結(jié)構(gòu)，屬于蒙皮與剛性金屬框連接【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于航天器柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的蒙皮與剛性金屬框的連接設(shè)計，指一種應(yīng)用在空間充氣式艙體結(jié)構(gòu)上的剛?cè)徇B接裝置。本發(fā)明提出了一種氣密層和增強層與剛性金屬框分體式連接方案，確保充氣式結(jié)構(gòu)能沿軸向和徑向二維展開，并且允許不拆除增強層情況下實現(xiàn)氣密層的更換；本發(fā)明提出了浮動式密封隔離設(shè)計，能夠確保氣密層和其與剛性金屬框間密封處具有足夠的密封力，且不會對氣密層產(chǎn)生額外的應(yīng)力載荷或?qū)饷軐釉斐赡p。
【專利說明】一種用于航天器柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的剛?cè)徇B接結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于航天器柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的剛?cè)徇B接結(jié)構(gòu)，屬于蒙皮與剛性 金屬框連接【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于航天器柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的蒙皮與剛性金屬框的 連接設(shè)計，指一種應(yīng)用在空間充氣式艙體結(jié)構(gòu)上的剛?cè)徇B接裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 空間柔性充氣式展開結(jié)構(gòu)是一種以柔性復(fù)合材料構(gòu)建的，在發(fā)射時處于折疊狀 態(tài)，到達預(yù)定軌道后依靠氣源的壓力展開，并通過一定方法保持所期望構(gòu)型的一種空間結(jié) 構(gòu)。在充氣式結(jié)構(gòu)設(shè)計時不可避免要設(shè)置一些艙門、對接機構(gòu)等金屬件，這些金屬件與蒙皮 的連接至關(guān)重要，既要保證連接部位的強度、氣密性等性能指標，又不能對蒙皮造成損傷。 所以剛?cè)徇B接設(shè)計主要考慮兩個因素：1)接口處如何保持氣密性；2)接口處有足夠的連接 強度且不會產(chǎn)生應(yīng)力集中。
[0003] 柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的蒙皮由多層功能層構(gòu)成，如氣密層、增強層、熱防護層、空間 碎片防護層等，根據(jù)任務(wù)需求的差異有所取舍。但最基本構(gòu)成是增強層和氣密層，氣密層位 于增強層內(nèi)部，能有效阻止氣體分子的泄露。增強層用于抵抗艙內(nèi)的壓力應(yīng)載荷。
[0004] 為了解決剛性金屬框（用于固定艙門、舷窗、對接機構(gòu)等剛性金屬構(gòu)件）與蒙皮的 剛?cè)徇B接問題，通常的設(shè)計思路是在兩者之間設(shè)計一套法蘭盤組件，將氣密層和增強層通 過螺栓緊緊壓入到法蘭的凹形槽內(nèi)，實現(xiàn)密封和連接固定的功能。現(xiàn)有技術(shù)的缺點包括：
[0005] (1)為了保證蒙皮（氣密層和增強層）與剛性金屬框的連接強度，需要在氣密層和 增強層上施加極大地壓縮力用于抵消艙內(nèi)壓力引起的拉力，而這些拉力會使增強層和氣密 層產(chǎn)生剪切應(yīng)力。但氣密層通常很薄、很脆弱，在壓縮力及其產(chǎn)生的剪切力作用下易發(fā)生材 料變形或破壞。即使增強層材料強度足夠大，由于長期承受壓縮力及剪切應(yīng)力，也必須對增 強層進行補強設(shè)計。
[0006] (2)由于艙內(nèi)壓力的存在，氣密層在內(nèi)壓作用下向增強層移動，導(dǎo)致氣密層與增強 層間出現(xiàn)往復(fù)的小位移摩擦，這種相對運動還可能導(dǎo)致氣密層因磨損而失效。
[0007] (3)由于氣密層和增強層被夾在一起壓進凹形槽，壓緊力過小將不能確保足夠的 密封力，壓緊力過大時增強層厚度和氣密層局部會產(chǎn)生過大的壓應(yīng)力，長期作用下由于變 形和蠕變，氣密層和增強層會從施加壓縮力的位置不斷的變薄。從而導(dǎo)致密封間隙不斷變 大，造成與壓縮接觸應(yīng)力急劇下降，進而引起密封功能喪失。
[0008] (4)充氣式展開結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢之一是克服了火箭徑向發(fā)射包絡(luò)對航天器的限制，上 述氣密層和增強層的一體式連接固定的方式只允許充氣式艙體結(jié)構(gòu)沿軸線展開，不能實現(xiàn) 沿徑向展開。這大大限制了充氣式結(jié)構(gòu)沿徑向可展開優(yōu)勢的發(fā)揮。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中蒙皮與剛性金屬框之間剛?cè)徇B接設(shè)計技術(shù) 中存在的不足，提出一種用于航天器柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的剛?cè)徇B接結(jié)構(gòu)，具體為一種氣密 層和增強層與剛性金屬框分體式連接方案，確保充氣式結(jié)構(gòu)能沿軸向和徑向二維展開；采 用增強層鎖緊環(huán)限位設(shè)計使得氣密層上不產(chǎn)生額外載荷；采用浮動式密封隔離設(shè)計確保施 加在氣密層上的力僅僅是作用在密封接觸點/線上的壓縮力，既保證了密封，又消除了剛 性金屬框、增強層等對氣密層材料的磨損。
[0010] 本發(fā)明的一種用于航天器柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的剛?cè)徇B接結(jié)構(gòu)，該連接結(jié)構(gòu)包括柔 性部件、剛性部件和連接件；柔性部件包括增強層和氣密層，剛性部件包括密封法蘭、基座 法蘭、鎖定法蘭和連接板，連接件包括鎖緊環(huán)、防磨環(huán)、密封圈和防磨內(nèi)襯；
[0011] 氣密層的一部分位于密封法蘭和基座法蘭之間，且位于密封法蘭和基座法蘭之間 的氣密層的端部為防脫端部；
[0012] 在密封法蘭和基座法蘭的內(nèi)側(cè)相對位置各有一密封槽，密封槽內(nèi)各安裝一個密封 圈；基座法蘭上位于密封槽的下方有一槽縫，防脫端部固定在槽縫內(nèi)；防脫端部的厚度大 于氣密層其他部分的厚度；比如防脫端部的厚度為氣密層其他部分的厚度的三倍以上；
[0013] 密封法蘭和基座法蘭之間通過螺栓進行固定連接，在擰緊螺栓時，氣密層被密封 法蘭和基座法蘭夾緊，并通過密封圈進行密封；
[0014] 基座法蘭上有弧形凹槽，鎖定法蘭上有弧形凹槽，且基座法蘭上的弧形凹槽與鎖 定法蘭上的弧形凹槽相匹配；鎖緊環(huán)固定在基座法蘭的弧形凹槽與鎖定法蘭的弧形凹槽 內(nèi)，增強層末端的繩套穿過鎖緊環(huán)，基座法蘭與鎖定法蘭之間通過螺栓進行固定連接，螺栓 擰緊時，鎖緊環(huán)被固定在基座法蘭與鎖定法蘭的凹槽內(nèi)。增強層承受的拉力通過繩套傳遞 給鎖緊環(huán)，再通過鎖緊環(huán)間接傳遞到基座法蘭與鎖定法蘭上；
[0015] 密封法蘭、基座法蘭和鎖定法蘭通過螺釘與連接板固定連接；
[0016] 在增強層和氣密層之間有防磨環(huán)和防磨內(nèi)襯。
[0017] 有益效果
[0018] 1.本發(fā)明提出了一種氣密層和增強層與剛性金屬框分體式連接方案，確保充氣式 結(jié)構(gòu)能沿軸向和徑向二維展開，并且允許不拆除增強層情況下實現(xiàn)氣密層的更換；
[0019] 2.本發(fā)明提出了浮動式密封隔離設(shè)計，能夠確保氣密層和其與剛性金屬框間密封 處具有足夠的密封力，且不會對氣密層產(chǎn)生額外的應(yīng)力載荷或?qū)饷軐釉斐赡p；
[0020] 3.本發(fā)明提出了增強層鎖緊環(huán)限位設(shè)計，使得氣密層上不產(chǎn)生額外載荷，從而使 得剛?cè)徇B接處的剛性金屬結(jié)構(gòu)對增強層的損傷降至最低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明的剛?cè)徇B接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明的密封法蘭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖3是本發(fā)明的基座法蘭的結(jié)構(gòu)示意圖，上面的圖為基座法蘭一側(cè)的示意圖，下 面的圖為基座法蘭另一側(cè)的不意圖；
[0024] 圖4是本發(fā)明的鎖定法蘭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖5是本發(fā)明的鎖緊環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0027] 實施例
[0028] 如圖1所示，一種用于航天器柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的剛?cè)徇B接結(jié)構(gòu)，該連接結(jié)構(gòu)包 括柔性部件、剛性部件和連接件；柔性部件包括增強層5和氣密層6,剛性部件包括密封法 蘭1、基座法蘭2、鎖定法蘭3和連接板10,連接件包括鎖緊環(huán)4、防磨環(huán)7、密封圈8和防磨 內(nèi)襯9 ;
[0029] 氣密層6的一部分位于密封法蘭1和基座法蘭2之間，且位于密封法蘭1和基座 法蘭2之間的氣密層6的端部為防脫端部601 ;
[0030] 如圖2所示，密封法蘭1的一側(cè)有密封槽101 ;
[0031] 如圖3所示，基座法蘭2的一側(cè)有密封槽201 ;
[0032] 密封法蘭1上的密封槽101和基座法蘭2上的密封槽201相匹配，密封槽內(nèi)各安 裝一個密封圈8 ;基座法蘭2上位于密封槽的下方有一槽縫202,防脫端部601固定在槽縫 內(nèi)；防脫端部601的厚度為氣密層6其他部分的厚度的3倍；
[0033] 密封法蘭1和基座法蘭2之間通過螺栓進行固定連接，在擰緊螺栓時，氣密層6被 密封法蘭1和基座法蘭2夾緊，并通過密封圈8進行密封；
[0034] 如圖3所示，基座法蘭2的另一側(cè)有弧形凹槽203,如圖4所示，鎖定法蘭3上有弧 形凹槽301，且基座法蘭2上的弧形凹槽與鎖定法蘭3上的弧形凹槽相匹配；
[0035] 如圖5所示，鎖緊環(huán)4為粗細相間的圓柱組成；
[0036] 鎖緊環(huán)4固定在基座法蘭2的弧形凹槽與鎖定法蘭3的弧形凹槽內(nèi)，增強層5末 端的繩套穿過鎖緊環(huán)4,基座法蘭2與鎖定法蘭3之間通過螺栓進行固定連接，在擰緊螺栓 時，增強層5被基座法蘭2與鎖定法蘭3夾緊；
[0037] 密封法蘭1、基座法蘭2和鎖定法蘭3通過螺釘與連接板10固定連接；
[0038] 在增強層5和氣密層6之間有防磨環(huán)7和防磨內(nèi)襯9。
[0039] 分別安裝在密封法蘭1與基座法蘭2上的密封圈8相向擠壓氣密層6形成密封結(jié) 構(gòu)，靠螺釘?shù)念A(yù)緊力提供密封圈8的壓縮力。氣密層6與防脫端部601的連接形式可以為 膠接、縫合、熱壓等多種形式?；ㄌm2與鎖定法蘭3通過螺釘連接，在基座法蘭2與鎖 定法蘭3配合的弧形凹槽中固定鎖緊環(huán)4,鎖緊環(huán)4穿過增強層末端的繩套，增強層4承受 的拉力通過繩套傳遞給鎖緊環(huán)4,再通過鎖緊環(huán)4間接傳遞到基座法蘭2與鎖定法蘭3上。 密封法蘭1、基座法蘭2和鎖定法蘭3通過螺釘與連接板10固定，四者構(gòu)成可拆卸的剛性 體。氣密層6與增強層5之間有防磨環(huán)7和防磨內(nèi)襯9,防磨環(huán)7底部有凸臺，可以固定在 基座法蘭2頂部的弧形凹槽內(nèi)，靠兩者間的配合面定位。艙門、舷窗、對接機構(gòu)等金屬件可 以根據(jù)設(shè)計需求分別與密封法蘭1、基座法蘭2、鎖定法蘭3或連接板10連接固定。
[0040] 所述的密封法蘭1為剛性金屬結(jié)構(gòu)，在與基座法蘭2配合一側(cè)開有密封圈8的凹 形槽，在凹形槽所在表面的相反面上沿環(huán)向開有均布的螺釘孔，用于密封法蘭1與基座法 蘭2的連接固定。
[0041] 所述的基座法蘭2的兩側(cè)面沿環(huán)向開有均布的螺釘孔，用于基座法蘭2與密封法 蘭2或鎖定法蘭3的連接固定。在與密封法蘭1配合一側(cè)端面的相對位置開有安裝密封圈 8的凹形槽。基座法蘭2頂部相應(yīng)位置開有安裝防磨環(huán)7的凹形槽。基座法蘭2與鎖定法 蘭3配合部位沿環(huán)向開有安裝鎖緊環(huán)4的通孔，沿環(huán)向開有用于增強層5進出的弧形凹槽。
[0042] 所述的鎖定法蘭3的一側(cè)端面上沿環(huán)向開有均布的螺釘孔，用于基座法蘭2與鎖 定法蘭4的連接固定。鎖定法蘭3與基座法蘭2配合部位沿環(huán)向開有用于增強層5進出的 弧形凹槽。
[0043] 所述的鎖緊環(huán)4為本發(fā)明提出的增強層鎖緊環(huán)限位設(shè)計中必需組件，其結(jié)構(gòu)形式 為圓環(huán)狀，在其圓周方向根據(jù)增強層5末端繩套數(shù)量開有相應(yīng)數(shù)量的環(huán)狀槽，用于繩套的 固定，繩套能繞鎖緊環(huán)4的中心軸線轉(zhuǎn)動，從而確保充氣式結(jié)構(gòu)沿徑向展開時增強層5的運 動不受限制，實現(xiàn)充氣式展開結(jié)構(gòu)的二維展開功能。
[0044] 所述的增強層5材料為本領(lǐng)域公知的聚合物材料，具有較高的強度。增強層5的 結(jié)構(gòu)形式為本領(lǐng)域公知的編織結(jié)構(gòu)，根據(jù)使用需求的差異其編織形式、編織帶寬度或厚度、 編織帶間距略有不同。增強層5與鎖緊環(huán)4的連接端為繩套結(jié)構(gòu)，繩套結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域公知 的技術(shù)。
[0045] 所述的氣密層6材料為本領(lǐng)域公知的聚合物材料，具有透氣率低、輕薄的特性，安 裝在增強層5的內(nèi)側(cè)。氣密層5的結(jié)構(gòu)尺寸小于增強層的結(jié)構(gòu)尺寸，確保氣密層在內(nèi)壓作 用下完全貼附在氣密層6與增強層5之間的防磨內(nèi)襯9上，將內(nèi)壓載荷均勻的傳遞給增強 層5,確保氣密層6承受的由內(nèi)壓引起的壓應(yīng)力和剪切力最小。
[0046] 所述的防磨環(huán)7的型面結(jié)構(gòu)按照氣密層6與增強層5承載狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè) 計，靠氣密層6 -層有曲面圓滑過渡，靠增強層5 -層為平面。防磨環(huán)5材料可根據(jù)質(zhì)量要 求選擇，可以為輕質(zhì)復(fù)合材料也可為金屬材料。
[0047] 所述的密封圈8為氣密層6與剛性金屬框連接的必需組件，靠兩個相對的密封圈 8將氣密層6擠住形成密封結(jié)構(gòu)。這種浮動式密封隔離設(shè)計可以確保氣密層6不與剛性金 屬框直接接觸，既保證了可靠密封，又消除了密封結(jié)構(gòu)設(shè)計中對剛性體對柔性氣密層的磨 損隱患。
[0048] 所述的防磨內(nèi)襯9用于阻隔氣密層6和增強層5的直接接觸，防止氣密層6與增 強層5微小相對運動時磨損。防磨內(nèi)襯9與氣密層6和增強層5不進行任何連接，靠內(nèi)壓 作用下氣密層6向增強層5膨脹時的均勻擠壓力固定。
[0049] 所述的連接板10安裝在密封法蘭1、基座法蘭2和鎖定法蘭3的內(nèi)部，實現(xiàn)連接板 10與密封法蘭1、基座法蘭2和鎖定法蘭3四者構(gòu)成剛性整體。連接板與密封法蘭1、基座 法蘭2和鎖定法蘭3的連接形式首選螺釘連接，但不限于螺釘連接。螺釘連接形式為本領(lǐng) 域公知的技術(shù)。
[0050] 所述的防脫端部601連接在氣密層6的末端，安裝在基座法蘭2專門設(shè)計的弧形 凹槽內(nèi)，防脫端部601的厚度為氣密層6厚度的3倍以上，能有效防止氣密層在拉力作用下 氣密層從密封法蘭1和基座法蘭2之間脫出。防脫端部601的材料可以與氣密層6的材料 相同或不同，連接形式可以是縫合、膠接、熱合，但不限于上述三種形式。
[0051 ] 更換氣密層6時，僅需拆卸密封法蘭1與基座法蘭2和連接板10的螺釘即可實現(xiàn)。 更換增強層5時拆卸鎖定法蘭3與基座法蘭2和連接板10的螺釘即可實現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于航天器柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的剛?cè)徇B接結(jié)構(gòu)，其特征在于：該連接結(jié)構(gòu)包括 柔性部件、剛性部件和連接件； 柔性部件包括增強層（5)和氣密層￠)，剛性部件包括密封法蘭（1)、基座法蘭（2)、 鎖定法蘭（3)和連接板（10)，連接件包括鎖緊環(huán)（4)、防磨環(huán)（7)、密封圈（8)和防磨內(nèi)襯 (9)； 氣密層（6)的一部分位于密封法蘭（1)和基座法蘭（2)之間，且位于密封法蘭（1)和 基座法蘭⑵之間的氣密層（6)的端部為防脫端部（61); 在密封法蘭（1)和基座法蘭（2)的內(nèi)側(cè)相對位置各有一密封槽，密封槽內(nèi)各安裝一個 密封圈（8);基座法蘭（2)上位于密封槽的下方有一槽縫，氣密層（6)的防脫端部（61)固 定在槽縫內(nèi)；防脫端部（61)的厚度大于氣密層（6)其他部分的厚度； 密封法蘭（1)和基座法蘭（2)之間通過螺栓進行固定連接，在擰緊螺栓時，氣密層（6) 被密封法蘭（1)和基座法蘭（2)夾緊，并通過密封圈（8)進行密封； 基座法蘭（2)上有凹槽，鎖定法蘭（3)上有凹槽，且基座法蘭（2)上的凹槽與鎖定法蘭 (3)上的凹槽相匹配；鎖緊環(huán)（4)固定在基座法蘭（2)的凹槽與鎖定法蘭（3)的凹槽內(nèi)，增 強層（5)末端的繩套穿過鎖緊環(huán)（4)，基座法蘭（2)與鎖定法蘭（3)之間通過螺栓進行固定 連接，在擰緊螺栓時，增強層（5)被基座法蘭（2)與鎖定法蘭（3)夾緊； 密封法蘭（1)、基座法蘭（2)和鎖定法蘭（3)通過螺釘與連接板（10)固定連接； 在增強層（5)和氣密層（6)之間有防磨環(huán)（7)和防磨內(nèi)襯（9)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于航天器柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的剛?cè)徇B接結(jié)構(gòu)，其特征 在于：鎖緊環(huán)（4)的結(jié)構(gòu)形式為圓環(huán)狀，在其圓周方向根據(jù)增強層（5)末端繩套數(shù)量開有相 應(yīng)數(shù)量的環(huán)狀槽，用于繩套的固定，繩套能繞鎖緊環(huán)（4)的中心軸線轉(zhuǎn)動，使航天器柔性充 氣展開結(jié)構(gòu)沿徑向展開時增強層（5)的運動不受限制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于航天器柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的剛?cè)徇B接結(jié)構(gòu)，其特征 在于：防磨環(huán)（7)的型面結(jié)構(gòu)按照氣密層（6)與增強層（5)承載狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計，靠 氣密層（6) -層有曲面圓滑過渡，靠增強層（5) -層為平面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于航天器柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的剛?cè)徇B接結(jié)構(gòu)，其特征 在于：防磨環(huán)（5)材料為輕質(zhì)復(fù)合材料或金屬材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于航天器柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的剛?cè)徇B接結(jié)構(gòu)，其特征 在于：所述的防磨內(nèi)襯（9)用于阻隔氣密層（6)和增強層（5)的直接接觸，防止氣密層（6) 與增強層（5)微小相對運動時磨損。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于航天器柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的剛?cè)徇B接結(jié)構(gòu)，其特征 在于：防磨內(nèi)襯（9)與氣密層（6)和增強層（5)不進行任何連接，靠內(nèi)壓作用下氣密層（6) 向增強層（5)膨脹時的均勻擠壓力固定。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于航天器柔性充氣展開結(jié)構(gòu)的剛?cè)徇B接結(jié)構(gòu)，其特征 在于：防脫端部￠1)的厚度為氣密層（6)其他部分的厚度的3倍以上。
【文檔編號】B64G1/22GK104058103SQ201410302874
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】王文龍, 從強 申請人:北京空間飛行器總體設(shè)計部