[发明专利]用于精确测量空间用复合材料杆件微小变形量的装置

说明书

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种用于精确测量空间用复合材料杆件微小变形量的装置。

背景技术

空间相机是侦测和探索空间科学最重要的载荷之一，一直朝着长焦距、大口径、大曲率半径的方向发展，这使得相机的体量越来越庞大，与此同时，空间相机又对光学系统的稳定性有着很高的要求，这就给空间相机的结构设计、选材带来了很大的困难。为减轻相机质量的同时保证相机的稳定性，长焦距空间相机常采用桁架结构进行设计，由于碳纤维复合材料具有较高的比刚度、近乎于零的热膨胀系数等优势，碳纤维复合材料越来越多的被应用于空间相机中。

作为主要的支撑材料，碳纤维复合材料在真空环境中的尺寸稳定性对整个系统的稳定起着至关重要的作用。真空环境中气压极低，真空度一般可达到10^-4～10^-5Pa水平，这种环境已经可以影响到复合材料的聚合物基体，致使有机材料中气体的逸出，产生一定的质量损失，而且随着轨道升高、气压降低，这一逸气过程将进行得越发激烈，逸出的气体会在温度较低的物体表面凝结，造成环境和仪器的污染，污染的后果是比较严重的，轻则可能影响这些器件本身的性能，重则甚至可能导致整个载荷失效。

目前，很少有用于精确测量空间用复合材料杆件微小变形量的方式方法，尤其是在微米、亚微米量级，多数是通过对复合材料单向板线胀系数的测定来定性说明不同种类复合材料杆件的变形量大小。但是，一般情况下，真空逸气带来的质量损失率（TML）都远低于1%，带来的尺寸变化应该也是在微米量级，这就使得测量需要能够真实的反应复合材料本身尺寸的变化而不能含有任何其他材料变化带来的干扰，测量精度需要足够高以准确的测量出复合材料的变形量。但是，上述方法测量精度远不能满足测量要求，很难在特定环境中精确测量复合材料杆件微小变形量的大小，不能准确的反映出复合材料的微小变形量。

发明内容

为了解决现有通过对复合材料单向板线胀系数的测定来定性说明不同种类复合材料杆件变形量的测量方法存在的测量精度低、无法有效测量空间用复合材料杆件微小变形量的问题，本发明提供一种用于精确测量空间用复合材料杆件微小变形量的装置。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

用于精确测量空间用复合材料杆件微小变形量的装置，包括：采用16级精度的不锈钢材料制成的钢球和采用线胀系数为零的殷钢材料制成的直接头；

所述直接头两端为第一圆柱形结构和第二圆柱形结构，中间为方块形结构，所述第一圆柱形结构端部设置有用于固定钢球的球形凹槽，所述球形凹槽与钢球的直径相同；

所述第二圆柱形结构的直径与复合材料杆件的内径间隙配合，所述复合材料杆件套装在第二圆柱形结构上并与之胶接在一起。

所述第二圆柱形结构和方块形结构的轴向均设置成空心结构；所述第一圆柱形结构上靠近方块形结构的径向设置有通孔，所述通孔在轴向与空心结构相通。

采用两套该装置分别套装在复合材料杆件的两端对复合材料杆件的微小变形量进行测量。

所述直接头通过机械一体化加工成型。

本发明的有益效果是：

1、本发明中的钢球采用不锈钢制成，直接头采用线胀系数为零的殷钢材料制成，金属材料材质细密，在真空环境中不会产生吸气和逸气，试验前后温度保持基本不变，直接头尺寸也不会受环境中的湿热变化影响，因此，钢球和直接头对试验组件质量和尺寸的变化没有任何影响。

2、本发明由于采用粘接方式将复合材料杆件与直接头和钢球连接，从而将复合材料杆件的长度变化几乎全部体现在该装置两侧高精度钢球的球心位置上，采用高精度三坐标测量仪测试两侧球心的位置即可测量出复合材料杆件在轴向的微小变形量，而测量精度及其准确性基本取决于测量仪器，因此，本发明的装置可以满足测量精度的要求。

3、本发明避免了复合材料杆件的加工精度对测量精度的影响，由于钢球球心位置的唯一性，使得本发明的装置具有很好的重复性和稳定性，采用本发明的装置测量复合材料杆件的微小变形量时重复性在0.5μm以内。

4、本发明可用于精确测量各种复合材料杆件微小变形量，为精确获得复合材料杆件在特定环境下的微小变形量提供了可靠有效的测量方法，可用于航空、航天以及多种需要测量复合材料杆件微小变形量的领域。

附图说明

图1为直接头的立体结构示意图；

图2为图1所示的直接头的剖视图；

图3为本发明的用于精确测量空间用复合材料杆件微小变形量的装置的结构示意图；