專利名稱：航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種承力筒，特別涉及一種航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒。
背景技術(shù)：
承力筒作為航天器的主承力結(jié)構(gòu)，是航天器結(jié)構(gòu)組裝的核心部件，它不僅承受整個航天器的主要載荷，提供航天器設(shè)計和工藝的基準(zhǔn)，還要在地面組裝、試驗(yàn)、運(yùn)輸、貯存時的支撐面以及航天器與地面支持設(shè)備的機(jī)械接口，通常還利用承力筒內(nèi)部空間，為推進(jìn)劑貯箱提供安裝接口和空間。在本發(fā)明之前，航天器的承力筒多為光殼、波紋殼、網(wǎng)格加筋殼、桁條加筋殼等結(jié)構(gòu)形式，材料也以鋁合金為主，冗余結(jié)構(gòu)多且結(jié)構(gòu)重量大。本發(fā)明設(shè)計了復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒，采用碳纖維復(fù)合材料蒙皮、鋁蜂窩芯子大大減輕了結(jié)構(gòu)重量，同時根據(jù)結(jié)構(gòu)連接需要，在筒體內(nèi)外分別膠接了連接法蘭與桁條，為保證膠接可靠性，對膠接區(qū)域間隔布置螺釘，輔以機(jī)械連接，以防止脫膠。本發(fā)明，有利與航天器結(jié)構(gòu)的減重，提高航天器結(jié)構(gòu)整體性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決航天器主承力結(jié)構(gòu)的剛度和重量問題，本發(fā)明的目的在于提供航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒，利用本發(fā)明，不但達(dá)到提高航天器結(jié)構(gòu)剛度，減輕航天器結(jié)構(gòu)重量，而且能提高衛(wèi)星攜帶有效載荷的能力，提高衛(wèi)星的比性能。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案提供一種航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒，其特征在于包括上端框[1]、外法蘭[2]、內(nèi)法蘭[3]、下端框W]、桁條[5]，所述承力筒為兩端開口的柱狀筒，其上邊緣膠接上端框[1]、下邊緣固定膠接下端框W]，所述承力筒的外表面沿周向膠接外法蘭[2]，所述承力筒的內(nèi)表面沿周向膠接內(nèi)法蘭[3]，所述承力筒的外表面沿軸向設(shè)置桁條。其中所述承力筒的筒體包括外蒙皮W]、內(nèi)蒙皮[7]、蜂窩芯子[8]，所述外蒙皮， 內(nèi)蒙皮和蜂窩芯子通過膠膜[11]固化膠接，所述筒體內(nèi)沿垂直筒體表面的方向預(yù)埋或后埋用于和其它結(jié)構(gòu)連接的多個階梯孔鑲嵌件[9]和螺紋孔鑲嵌件[10]，所述階梯孔鑲嵌件 [9]和螺紋孔鑲嵌件[10]周圍填充發(fā)泡膠[12]，與蜂窩芯子[8]膠接為一體。其中所述上端框[1]、下端框[4]上均有與其它結(jié)構(gòu)件的機(jī)械連接接口，所述外法蘭[2]、內(nèi)法蘭[3]和桁條[5]上均有與其它結(jié)構(gòu)件的連接接口。其中將螺釘[13]擰入到螺紋孔鑲嵌件[10]或?qū)⒙葆擺13]穿過外蒙皮W]、下端框[4]、內(nèi)蒙皮[7]，再用螺母[14]聯(lián)接以加強(qiáng)所述上端框[1]、外法蘭[2]、內(nèi)法蘭[3]、下端框[4]和桁條[5]的連接。其中所述的上端框[1]、下端框[4]可為鋁合金材料、鈦合金材料、鎂合金材料或碳纖維復(fù)合材料，所述的外法蘭[2]、內(nèi)法蘭[3]、桁條[5]可為鋁合金材料、鈦合金材料、鎂合金材料或碳纖維復(fù)合材料，所述的外蒙皮W]、內(nèi)蒙皮[7]為鋁合金材料或碳纖維復(fù)合材料，所述的蜂窩芯子[8]為鋁蜂窩芯材或芳綸紙基蜂窩芯材，所述的階梯孔鑲嵌件[9]、螺紋孔鑲嵌件[10]為鋁合金材料、鎂合金材料、鈦合金材料或包括鋁基碳化硅等在內(nèi)的金屬基復(fù)合材料。其中所述的膠膜[11]為中溫結(jié)構(gòu)膠或高溫結(jié)構(gòu)膠，膠膜厚度為0.1mm至0.5mm， 所述的發(fā)泡膠[12]為中溫發(fā)泡膠或高溫發(fā)泡膠，填充在階梯孔鑲嵌件[9]、螺紋孔鑲嵌件 [10]周圍IOmm范圍以內(nèi)。所述的螺釘[1 、螺母[14]可為鈦合金材料、合金鋼材料或鋁合金材料。本發(fā)明航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒，由于采取上述技術(shù)方案，因此，解決了航天器主承力結(jié)構(gòu)的剛度低和重量大的問題，通過在筒體上膠接端框、法蘭和桁條，實(shí)現(xiàn)了與航天器其他結(jié)構(gòu)件的連接；通過在筒體內(nèi)埋置鑲嵌件，實(shí)現(xiàn)了儀器設(shè)備在筒體上的安裝與固定；而在端框、法蘭與桁條膠接時輔以螺接，有效避免了蒙皮脫膠問題影響。采用復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒，不但提高航天器結(jié)構(gòu)剛度，減輕航天器結(jié)構(gòu)重量，而且能提高衛(wèi)星攜帶有效載荷的能力，提高衛(wèi)星的比性能。


圖1為航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒立體圖；圖2示出筒體縱向截面圖及內(nèi)部構(gòu)造；圖3示出桁條在筒體上的局部視圖；其中1-上端框，2-外法蘭，3-內(nèi)法蘭，4-下端框，5-桁條，6_外蒙皮，7_內(nèi)蒙皮， 8-蜂窩芯子，9-階梯孔鑲嵌件，10-螺紋孔鑲嵌件，11-膠膜，12-發(fā)泡膠，13-螺釘，14-螺母。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖1為航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒立體圖；圖2為本發(fā)明為航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒縱向截面圖，可以看到筒體內(nèi)部構(gòu)造，圖3為桁條在筒體上的局部視圖。如附圖的實(shí)施例所示，該裝置包括上端框1、外法蘭2、內(nèi)法蘭3、下端框4、桁條 5、外蒙皮6、內(nèi)蒙皮7、蜂窩芯子8、階梯孔鑲嵌件9、螺紋孔鑲嵌件10、膠膜11、發(fā)泡膠12、螺釘13、螺母14。上端框[1]、外法蘭[2]、內(nèi)法蘭[3]、下端框[4]、桁條[5]，所述承力筒為兩端開口的柱狀筒，其上邊緣膠接上端框[1]、下邊緣固定膠接下端框W]，所述承力筒的外表面沿周向膠接外法蘭[2]，所述承力筒的內(nèi)表面沿周向膠接內(nèi)法蘭[3]，所述承力筒的外表面沿軸向設(shè)置桁條。其中所述承力筒的筒體包括外蒙皮W]、內(nèi)蒙皮[7]、蜂窩芯子[8]，所述外蒙皮， 內(nèi)蒙皮和蜂窩芯子通過膠膜[11]固化膠接，所述筒體內(nèi)沿垂直筒體表面的方向預(yù)埋或后埋用于和其它結(jié)構(gòu)連接的多個階梯孔鑲嵌件[9]和螺紋孔鑲嵌件[10]，所述階梯孔鑲嵌件 [9]和螺紋孔鑲嵌件[10]周圍填充發(fā)泡膠[12]，與蜂窩芯子[8]膠接為一體。其中所述上端框[1]、下端框[4]上均有與其它結(jié)構(gòu)件的機(jī)械連接接口，所述外法蘭[2]、內(nèi)法蘭[3]和桁條[5]上均有與其它結(jié)構(gòu)件的連接接口。上端框1、下端框4與其它結(jié)構(gòu)件的連接孔的直徑和數(shù)量均無限制，可根據(jù)航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計需要確定，孔加工在筒體固化前、后均可實(shí)施；為保證上端框1、外法蘭2、內(nèi)法蘭3、下端框4、桁條5等零件的連接，采用螺釘13 輔助加強(qiáng)，將螺釘[13]擰入到螺紋孔鑲嵌件[10]或?qū)⒙葆擺13]穿過外蒙皮W]、下端框 [4]、內(nèi)蒙皮[7]，再用螺母[14]聯(lián)接以加強(qiáng)所述上端框[1]、外法蘭[2]、內(nèi)法蘭[3]、下端框[4]和桁條[5]的連接可靠性。螺釘13、螺母14可為鈦合金材料、合金鋼材料或鋁合金材料，螺釘13、螺母14的型號、規(guī)格不限。其中所述的上端框[1]、下端框[4]可為鋁合金材料、鈦合金材料、鎂合金材料或碳纖維復(fù)合材料，所述的外法蘭[2]、內(nèi)法蘭[3]、桁條[5]可為鋁合金材料、鈦合金材料、鎂合金材料或碳纖維復(fù)合材料，外法蘭2、內(nèi)法蘭3、桁條5在承力筒上的位置與數(shù)量不受限制，均可根據(jù)航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計需要確定，外法蘭2、內(nèi)法蘭3、桁條5與其它結(jié)構(gòu)件的連接孔的直徑和數(shù)量不受限制，均可根據(jù)航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計需要確定，孔加工在筒體固化前、后均可實(shí)施。所述的外蒙皮W]、內(nèi)蒙皮[7]為鋁合金材料或碳纖維復(fù)合材料，所述的蜂窩芯子為鋁蜂窩芯材或芳綸紙基蜂窩芯材，蜂窩厚度和芯格尺寸不限；所述的階梯孔鑲嵌件、螺紋孔鑲嵌件[10]為鋁合金材料、鎂合金材料、鈦合金材料或包括鋁基碳化硅等在內(nèi)的金屬基復(fù)合材料。其中所述的膠膜[11]為中溫結(jié)構(gòu)膠或高溫結(jié)構(gòu)膠，膠膜厚度為0. Imm至0. 5mm, 所述的發(fā)泡膠[12]為中溫發(fā)泡膠或高溫發(fā)泡膠，填充在階梯孔鑲嵌件[9]、螺紋孔鑲嵌件周圍IOmm范圍以內(nèi)。由上所述，本發(fā)明航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒，在筒體上膠接端框、法蘭和桁條，實(shí)現(xiàn)了與航天器其他結(jié)構(gòu)件的連接；在筒體內(nèi)埋置鑲嵌件，實(shí)現(xiàn)了儀器設(shè)備在筒體上的安裝與固定；而在端框、法蘭與桁條膠接時輔以螺接，有效避免了蒙皮脫膠問題影響。
權(quán)利要求
1.航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒，其特征在于包括上端框[1]、外法蘭[2]、內(nèi)法蘭 [3]、下端框W]、桁條[5]，所述承力筒為兩端開口的柱狀筒，其上邊緣膠接上端框[1]、下邊緣固定膠接下端框W]，所述承力筒的外表面沿周向膠接外法蘭[2]，所述承力筒的內(nèi)表面沿周向膠接內(nèi)法蘭[3]，所述承力筒的外表面沿軸向設(shè)置桁條。
2.如權(quán)利要求1所述的航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒，其特征在于所述承力筒的筒體包括外蒙皮W]、內(nèi)蒙皮[7]、蜂窩芯子[8]，所述外蒙皮，內(nèi)蒙皮和蜂窩芯子通過膠膜 [11]固化膠接，所述筒體內(nèi)沿垂直筒體表面的方向預(yù)埋或后埋用于和其它結(jié)構(gòu)連接的多個階梯孔鑲嵌件[9]和螺紋孔鑲嵌件[10]，所述階梯孔鑲嵌件[9]和螺紋孔鑲嵌件[10]周圍填充發(fā)泡膠[12]，與蜂窩芯子[8]膠接為一體。
3.如權(quán)利要求1所述的航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒，其特征在于所述上端框[1]、 下端框[4]上均有與其它結(jié)構(gòu)件的機(jī)械連接接口，所述外法蘭[2]、內(nèi)法蘭[3]和桁條[5] 上均有與其它結(jié)構(gòu)件的連接接口。
4.如權(quán)利要求2所述的航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒，其特征在于將螺釘[13]擰入到螺紋孔鑲嵌件[10]或?qū)⒙葆擺13]穿過外蒙皮W]、下端框W]、內(nèi)蒙皮[7]，再用螺母 [14]聯(lián)接以加強(qiáng)所述上端框[1]、外法蘭[2]、內(nèi)法蘭[3]、下端框[4]和桁條[5]的連接。
5.如權(quán)利要求4所述的航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒，其特征在于所述的上端框[I]、下端框[4]可為鋁合金材料、鈦合金材料、鎂合金材料或碳纖維復(fù)合材料，所述的外法蘭[2]、內(nèi)法蘭[3]、桁條[5]可為鋁合金材料、鈦合金材料、鎂合金材料或碳纖維復(fù)合材料， 所述的外蒙皮W]、內(nèi)蒙皮[7]為鋁合金材料或碳纖維復(fù)合材料，所述的蜂窩芯子[8]為鋁蜂窩芯材或芳綸紙基蜂窩芯材，所述的階梯孔鑲嵌件[9]、螺紋孔鑲嵌件[10]為鋁合金材料、鎂合金材料、鈦合金材料或包括鋁基碳化硅等在內(nèi)的金屬基復(fù)合材料。
6.如權(quán)利要求2所述的航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒，其特征在于所述的膠膜[II]為中溫結(jié)構(gòu)膠或高溫結(jié)構(gòu)膠，膠膜厚度為0.Imm至0. 5mm，所述的發(fā)泡膠[12]為中溫發(fā)泡膠或高溫發(fā)泡膠，填充在階梯孔鑲嵌件[9]、螺紋孔鑲嵌件[10]周圍IOmm范圍以內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒，其特征在于所述的螺釘 [13]、螺母[14]可為鈦合金材料、合金鋼材料或鋁合金材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒，所述承力筒包括上端框[1]、外法蘭[2]、內(nèi)法蘭[3]、下端框[4]、桁條[5]、外蒙皮[6]、內(nèi)蒙皮[7]、蜂窩芯子[8]、階梯孔鑲嵌件[9]、螺紋孔鑲嵌件[10]、膠膜[11]、發(fā)泡膠[12]、螺釘[13]、螺母[14]。本發(fā)明將根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的連接需要，設(shè)計的航天器復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)承力筒，減少了分離面和端框的設(shè)計，有利于衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的減重。
文檔編號B64G1/10GK102490910SQ20111036245
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者林德貴, 滿孝穎, 陳樹海 申請人:上海衛(wèi)星工程研究所