[发明专利]一种复合材料绳及其在充气展开可刚化管状结构上的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料绳及其应用，属于航天技术领域。

背景技术

随着航天科技的发展，人类对宇宙空间的探索以及对太空资源的开发利用研究也更加深入，这对航天器结构提出了更高要求。轻质大型航天结构意味着可携带更多的有效载荷。管状结构(如管或环)是航天器中一类重要的结构单元。充气展开可刚化管或环在发射前可折叠包装，发射后通过充气压力驱动展开，并能够利用电加热使增强网结构固化以满足结构刚度、强度等性能要求。这类管状结构具有收藏体积小、展开可靠性高、结构重量轻和结构刚化后无需保压等优点，在航天领域具有广阔的应用前景。目前，在太空中使用的管状结构较多是刚性不可折叠的，它们的尺寸受运载工具发射空间限制而不能做得很长或很大，在太空构建大型结构应用上受到限制。

发明内容

本发明的目的是为解决目前，在太空中使用的管状结构较多是刚性不可折叠的，它们的尺寸受运载工具发射空间限制而不能做得很长或很大，在太空构建大型结构应用上受到限制的问题，进而提供一种复合材料绳及其在充气展开可刚化管状结构上的应用。

本发明的复合材料绳为内外两层结构，所述内层包括：碳纤维、电阻丝、芳纶纤维和环氧树脂，碳纤维和电阻丝被包覆在芳纶纤维中，芳纶纤维与碳纤维和电阻丝之间的空间内添加有环氧树脂，芳纶纤维用六至十二股螺旋交互法编织，所述外层是适用于太空环境的聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜层，所述聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜层包覆在所述内层的外部。

本发明复合材料绳在充气展开可刚化管状结构上的应用，包括气体阻隔层、复合材料绳和刚性的节点连接元件，所述刚性的节点连接元件粘接在气体阻隔层的外侧，复合材料绳通过刚性的节点连接元件形成网状结构缠绕在气体阻隔层的外侧。

本发明的有益效果：将制成的充气展开可刚化管或环在地面折叠，用封闭包装进行包装，保存在避光低温的环境中；发射升空后，对可刚化充气管或环进行充气达到预定的形状，由于复合材料网架结构可通过电加热实现固化，这样即可得到设计要求的管或环结构，刚化后的网架是主要承载结构。

本发明具有折叠体积小、展开可靠性高、重量轻等十分明显的优点，而且在太空环境下固化后的管状结构无需通过气体保压而保持形状，避免了长期对气源的依赖，在航天领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式提供的复合材料绳2的结构示意图，

图2是复合材料绳2的剖面示意图，

图3是气体阻隔层1、复合材料绳2和刚性的节点连接元件3的连接结构示意图(直管状)，

图4是图3的剖面示意图，

图5是气体阻隔层1、复合材料绳2和刚性的节点连接元件3的连接结构示意图(环状的一段)，

图6是刚性的节点连接元件3的结构示意图，

图7是刚性的节点连接元件3上带有复合材料绳穿绳孔的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：见图1和图2，本实施方式的复合材料绳2为内外两层结构，所述内层包括：碳纤维4、电阻丝5、芳纶纤维6和环氧树脂7，碳纤维4和电阻丝5被包覆在芳纶纤维6中，芳纶纤维6与碳纤维4和电阻丝5之间的空间内添加有环氧树脂7中，芳纶纤维6用六至十二股螺旋交互法编织，所述外层是适用于太空环境的聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜层8，所述聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜层8包覆在所述内层的外部。所述的外层材料聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜层8可以防止预浸树脂的复合材料绳在折叠过程中相互粘连。

所述芳纶纤维6用六股螺旋交互法编织。

所述芳纶纤维6用八股螺旋交互法编织。

所述芳纶纤维6用十二股螺旋交互法编织。

具体实施方式二：见图3～图7，本实施方式复合材料绳在充气展开可刚化管状结构上的应用，包括气体阻隔层1、复合材料绳2和刚性的节点连接元件3，所述刚性的节点连接元件3粘接在气体阻隔层1的外侧，复合材料绳2通过刚性的节点连接元件3形成网状结构缠绕在气体阻隔层1的外侧。本实施方式有利于复合材料绳2和刚性的节点连接元件3结成的可刚化网在气体阻隔层1上的定位，且有利于成形尺寸精度高的管状网架结构。

所述的气体阻隔层1为聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜。

所述刚性的节点连接元件3由铝合金材料制成。

所述刚性的节点连接元件3为扁的圆柱形，刚性的节点连接元件3内设有交叉的复合材料绳的穿绳孔3-1。