基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構，包括箱體、支角、第一固定框架、第二固定框架、螺柱和金屬蓋板，四根螺柱呈梯形分布，其兩端分別設有第一固定框架，中間設有第二固定框架，四根螺柱、第一固定框架和第二固定框架共同構成承重框架，箱體為一側(cè)無蓋箱體，所述承重框架設置在箱體內(nèi)，金屬蓋板設置在箱體的無蓋端，箱體頂部和底部的四個角上分別設有支角。本發(fā)明在輕量化立方星的同時提升結構強度與剛度并解決熱控問題。
【專利說明】
基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于立方星技術，特別是一種基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構。
【背景技術】
[0002]
眾所周知，航天器結構與機構的性能，特別是航天器結構的性能很大程度上取決于材料的性能。在立方星發(fā)展過程中，設計師一直在追求如何減輕立方星的質(zhì)量，因為立方星的減重可以增加有效載荷，帶來極其可觀的效益。同時，在立方星發(fā)射環(huán)境中，受到很大的加速度過載和強烈的振動，為了避免立方星與發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生共振，要求立方星有足夠的強度；由于立方星大多數(shù)采用薄壁結構，要求衛(wèi)星的結構材料有較高的剛度。
[0003]碳纖維復合材料的比強度、比模量比鋁合金材料高，抗拉強度為鋼材的10倍，具有極高的疲勞極限，密度僅為鋁材料的2/3。同時，碳纖維復合材料具有良好的尺寸穩(wěn)定性，能夠在太空高低溫交變環(huán)境中保證結構尺寸的穩(wěn)定。國外已經(jīng)開始將碳纖維復合材料應用到立方星的研發(fā)中，挪威理工大學成功發(fā)射一顆雙單元立方星NTNU，其主框架采用四根鋁合金桿件與六個碳纖維復合板組合的結構，組成結構裝配復雜，開敞性比較差。
[0004]中國專利2015CN105083590A，公開了多單元立方星主承力結構，其外框采用鋁合金框架，框架表面要安裝PCB-Al-PCB側(cè)板與太陽能展開陣連接，結構復雜，而且增加了立方星的結構質(zhì)量，降低了載荷結構質(zhì)量比，降低了結構的強度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構，在輕量化立方星的同時提升結構強度與剛度并解決熱控問題。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為:一種基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構，包括箱體、支角、第一固定框架、第二固定框架、螺柱和金屬蓋板，四根螺柱呈梯形分布，其兩端分別設有第一固定框架，中間設有第二固定框架，四根螺柱、第一固定框架和第二固定框架共同構成承重框架，箱體為一側(cè)無蓋箱體，所述承重框架設置在箱體內(nèi)，金屬蓋板設置在箱體的無蓋端，箱體頂部和底部的四個角上分別設有支角。
[0007]所述箱體和支角均采用碳纖維復合材料。
[0008]上述碳纖維復合材料選用碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料。
[0009]所述的箱體的內(nèi)壁面上均涂有Ti系列隔熱涂層。
[0010]所述第二固定框架與箱體連接處的箱體上設有加強筋，隔熱涂層涂覆在相鄰的兩根加強筋之間。
[0011 ]所述第一固定框架與箱體連接處的箱體上設有加強筋，隔熱涂層涂覆在相鄰的兩根加強筋之間。
[0012]所述支角的外壁面與其對應的箱體的側(cè)板外壁面位于同一個平面;與其對應的金屬蓋板外壁位于同一個平面。
[0013]所述的箱體與兩端的第一固定框架、第二固定框架之間的配合均為間隙配合。
[0014]所述金屬蓋板外壁涂覆白漆。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點在于:(I)箱體采用碳纖維復合材料，半封閉箱體的結構設計及碳纖維復合材料的使用極大的提高了結構的剛度與強度，同時大大降低了立方星結構質(zhì)量。
[0016](2)太陽能電池陣可以直接設在箱體外壁，減少零件的數(shù)量，降低裝配難度與結構質(zhì)量。
[0017](3)箱體采用一體化成型，保證了各個面的平面度，防止在發(fā)射過程中立方星卡死在發(fā)射機構中。
[0018](4)裝配方便，將內(nèi)部電子器件全部與承重框架裝配好后放入箱體中，保證了電子器件的完成性，提高了整體結構的穩(wěn)定性，使得立方星整體抗沖擊能力增強。
[0019](5)在箱體內(nèi)壁的五個面涂覆隔熱涂層，降低太陽輻射產(chǎn)生的熱量對星體內(nèi)部的溫度平衡產(chǎn)生的影響，保證星體內(nèi)部溫度在正常工作范圍內(nèi)。
[0020](6)采用金屬蓋板，此面作為散熱面，保證星體內(nèi)外可以進行熱交換，防止星體內(nèi)部溫度過高導致立方星失效。
[0021 ] (7)金屬蓋板外壁涂覆白漆，減少對太陽能的吸收，增加表面的熱輻射，延長空間飛行器的使用壽命。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構的示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構的金屬蓋板示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明實施例1中帶有太陽能電池陣的基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0026]結合圖1和圖2，一種基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構，包括箱體1、支角2、第一固定框架3、第二固定框架4、螺柱5和金屬蓋板6，四根螺柱5呈梯形分布，其兩端分別設有第一固定框架3，中間設有第二固定框架4，四根螺柱5、第一固定框架3和第二固定框架4共同構成承重框架，箱體I為一側(cè)無蓋箱體，所述承重框架設置在箱體I內(nèi)，金屬蓋板6設置在箱體I的無蓋端，箱體I頂部和底部的四個角上分別設有支角2，支角2對立方星起支撐作用。
[0027]所述箱體I和支角2均采用碳纖維復合材料。所述碳纖維復合材料選用碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料。復合材料的使用提高了結構的剛度與強度，同時大大降低了立方星結構質(zhì)量。
[0028]所述的箱體I的內(nèi)壁面上涂有Ti系列隔熱涂層Ti502，降低太陽輻射產(chǎn)生的熱量對星體內(nèi)部的溫度平衡產(chǎn)生的影響，保證星體內(nèi)部溫度在正常工作范圍內(nèi)。
[0029]所述第二固定框架4與箱體I連接處的箱體I上設有加強筋，隔熱涂層涂覆在相鄰的兩根加強筋之間。
[0030]所述第一固定框架3與箱體I連接處的箱體I上設有加強筋，隔熱涂層涂覆在相鄰的兩根加強筋之間。
[0031]所述支角2的外壁面與其對應的箱體I的側(cè)板外壁面位于同一個平面，且與其對應的金屬蓋板6外壁位于同一個平面，防止在發(fā)射過程中立方星卡死在發(fā)射機構中。
[0032]所述金屬蓋板6作為散熱面，保證星體內(nèi)外可以進行熱交換，防止星體內(nèi)部溫度過高導致立方星失效。
[0033]所述金屬蓋板6外壁涂覆SR107白漆，減少對太陽能的吸收，增加表面的熱輻射，延長空間飛行器的使用壽命。
[0034]所述的箱體I與兩端的第一固定框架3、第二固定框架4之間的配合均為間隙配合。
[0035]實施例1
結合圖1、圖2和圖3，一種基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構，包括箱體1、支角2、第一固定框架3、第二固定框架4、螺柱5和金屬蓋板6，四根螺柱5呈梯形分布，其兩端分別設有第一固定框架3，中間設有第二固定框架4，四根螺柱5、第一固定框架3和第二固定框架4共同構成承重框架，箱體I為一側(cè)無蓋箱體，所述承重框架設置在箱體I內(nèi)，通過螺釘固連，金屬蓋板6通過螺釘固定在箱體I的無蓋端，箱體I頂部和底部的四個角上分別膠接支角2，支角2對立方形起支撐作用。太陽能電池陣直接設定在箱體的外壁，減少零部件的數(shù)量，降低結構重量。
[0036]所述箱體I采用T700碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料。復合材料的使用提高了結構的剛度與強度，同時大大降低了立方星結構質(zhì)量。
[0037]所述的箱體I的內(nèi)壁面上涂有Ti系列隔熱涂層Ti502，降低太陽輻射產(chǎn)生的熱量對星體內(nèi)部的溫度平衡產(chǎn)生的影響，保證星體內(nèi)部溫度在正常工作范圍內(nèi)。
[0038]所述第二固定框架4與箱體I連接處的箱體I上設有加強筋，隔熱涂層涂覆在相鄰的兩根加強筋之間。
[0039]所述第一固定框架3與箱體I連接處的箱體I上設有加強筋，隔熱涂層涂覆在相鄰的兩根加強筋之間。
[0040]所述支角2的外壁面與其對應的箱體I的側(cè)板外壁面位于同一個平面，且與其對應的金屬蓋板6外壁位于同一個平面，防止在發(fā)射過程中立方星卡死在發(fā)射機構中。
[0041]所述金屬蓋板6，作為散熱面，保證星體內(nèi)外可以進行熱交換，防止星體內(nèi)部溫度過高導致立方星失效。
[0042]所述金屬蓋板6外壁涂覆SR107白漆，減少對太陽能的吸收，增加表面的熱輻射，延長空間飛行器的使用壽命。
[0043]所述的箱體I與兩端的第一固定框架3、第二固定框架4之間的配合均為間隙配合。
【主權項】
1.一種基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構，其特征在于:包括箱體(I)、支角(2)、第一固定框架(3)、第二固定框架(4)、螺柱(5)和金屬蓋板(6)，四根螺柱(5)呈梯形分布，其兩端分別設有第一固定框架(3)，中間設有第二固定框架(4)，四根螺柱(5)、第一固定框架(3)和第二固定框架(4)共同構成承重框架，箱體(I)為一側(cè)無蓋箱體，所述承重框架設置在箱體(I)內(nèi)，金屬蓋板(6)設置在箱體(I)的無蓋端，箱體(I)頂部和底部的四個角上分別設有支角(2)。2.根據(jù)權利要求1所述的基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構，其特征在于:所述箱體(I)和支角(2)均采用碳纖維復合材料。3.根據(jù)權利要求1所述的基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構，其特征在于:上述碳纖維復合材料選用碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料。4.根據(jù)權利要求1所述的基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構，其特征在于:所述的箱體(I)的內(nèi)壁面上均涂有隔熱涂層。5.根據(jù)權利要求4所述的基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構，其特征在于:所述第二固定框架(4)與箱體(I)連接處的箱體(I)上設有加強筋，隔熱涂層涂覆在相鄰的兩根加強筋之間。6.根據(jù)權利要求4所述的基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構，其特征在于:所述第一固定框架(3)與箱體(I)連接處的箱體(I)上設有加強筋，隔熱涂層涂覆在相鄰的兩根加強筋之間。7.根據(jù)權利要求1所述的基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構，其特征在于:所述支角(2)的外壁面與其對應的箱體(I)的側(cè)板外壁面位于同一個平面;與其對應的金屬蓋板(6)外壁位于同一個平面。8.根據(jù)權利要求1所述的基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構，其特征在于:所述的箱體(I)與兩端的第一固定框架(3)、第二固定框架(4)之間的配合均為間隙配入口 ο9.根據(jù)權利要求1所述的基于碳纖維復合材料的多單元立方星主承力結構，其特征在于:所述金屬蓋板(6 )外壁涂覆白漆。
【文檔編號】B64G1/10GK105883003SQ201610273310
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】張翔, 王忠強, 曾玉堂, 廖文和, 莫乾坤, 于永軍, 鄭侃
【申請人】南京理工大學