[发明专利]碳纤维复合材料重载吊舱框架及连接方法

说明书

本发明涉及高空气球吊舱领域，提供了一种碳纤维复合材料重载吊舱框架，包括：主承力竖杆、主承力斜杆和横杆，主承力竖杆和主承力斜杆均为中空结构，且内部的两端均预埋有第一连接接头，主承力竖杆预埋接头内部和主承力斜杆预埋接头内部缠绕有纤维束，其张紧缠绕于第一连接接头的凹槽，并将主承力竖杆两端的第一连接接头和主承力斜杆两端的第一连接接头连接起来，主承力竖杆与主承力斜杆通过第一连接接头连接，并与横杆连接构成吊舱主体框架。本发明公开本发明的连接方法，采用第一连接接头预埋在主承力竖杆内部和主承力斜杆内部的设计，并利用纤维束将第一连接接头连接起来，结构简单轻便，强度高，承载能力好，耐低温低压，且便于拆卸。

技术领域

本发明涉及高空气球吊舱领域，特别是涉及一种碳纤维复合材料重载吊舱框架及连接方法。

背景技术

高空气球是一种轻于空气的无动力浮空器，高空气球分为零压气球和超压气球两类，零压气球具有体积大、载荷重、升限高等优点；而超压气球则具有高度稳定性好、飞行时间长等特点。高空气球系统包括气球球体、舱外定时分离装置、降落伞、舱外敷设导线、结缆、吊舱、着陆缓冲器、地面综合保障设施等。

零压气球当其浮力大于飞行系统自身的重量时，气球系统上升；反之气球水平运动的方向和速度则完全依赖于其所在高度的风向和风速，处于稳定风层中的气球飞行系统的水平运动速度和方向与风速和风向基本一致。飞行结束时由于载荷与球体突然分离，球体失去原有的平衡状态，球内浮升气体的重新分布会对球膜产生极大的冲击从而将气球破坏，随后飘落地面。而搭载有效载荷的吊舱等结构会随着回收伞安全着陆到地面。

零压气球除了携带维持自身平台功能的载荷和结构，还可以搭载电子通信设备、红外相机和预警雷达等不同类型的监视探测设备，以实现通信中继、对地观测和侦察预警等功能。零压气球载荷吊舱是提供有效载荷正常工作的平台，保护球载设备和有效载荷免受飞行过程中低温低压环境的影响。由于载荷吊舱是零压气球系统必不可少的重要组成部分，实现吊舱结构轻量化-任务载荷增加的良性循环是必然趋势。

零压气球的飞行高度一般在30km左右，飞行环境温度在-70℃左右，考虑到零压气球的载荷重，实现碳纤维复合材料轻量化重载吊舱显得十分紧迫。但是碳纤维轻量化吊舱遇到了低温低压适应性问题和连接设计问题。主要表现在以下方面：

1)碳纤维轻量化重载吊舱在临近空间-70℃低温环境下的连接强度不可靠；

2)重载吊舱关键部件胶接和预埋连接具体连接工艺和设计方法不满足重载承载能力要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种碳纤维复合材料重载吊舱框架及连接方法，解决现有技术重载吊舱存在的结构笨重，承载能力差，低温低压条件下适应性差中至少一个问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种碳纤维复合材料重载吊舱框架，包括：多根主承力竖杆、多根主承力斜杆和多根横杆，所述主承力竖杆和所述主承力斜杆均为中空结构，且所述主承力竖杆内部和所述主承力斜杆内部的两端均预埋有第一连接接头，所述第一连接接头的外表面构造有横向和纵向的凹槽，所述主承力竖杆和所述主承力斜杆由纤维束缠绕，且所述纤维束张紧缠绕于所述主承力斜杆内部的所述第一连接接头的凹槽，并将所述主承力斜杆两端的所述第一连接接头连接起来，所述纤维束张紧缠绕于所述主承力竖杆内部的所述第一连接接头的凹槽，并将所述主承力竖杆两端的所述第一连接接头连接起来，所述主承力竖杆内一端的所述第一连接接头与所述主承力斜杆内一端的所述第一连接接头铰接，并与多根所述横杆连接构成吊舱主体框架。

其中，还包括三向接头，所述三向接头具有第一向接头、第二向接头、以及设置在同一直线上的第三向第一接头和第三向第二接头，所述第三向第一接头连接于所述主承力竖杆一端的所述第一连接接头，所述第三向第二接头铰接于所述主承力斜杆一端的所述第一连接接头，所述第一向接头和所述第二向接头分别连接于横向和纵向的布置的所述横杆。