CN103935532B - 一种适用于大角度展开机构的多层帐篷 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于大角度展开机构的多层帐篷，包括多层隔热组件、充气支撑杆、柔性卡箍及充气系统；其中，多层隔热组件为双面镀铝聚酯膜和涤纶网交替叠合，且外表面粘有一层导电型聚酰亚胺薄膜镀铝二次表面镜；充气支撑杆由内胆、硬化层及外层构成，其中内胆为聚酰亚胺膜，硬化层为铝箔，外层为铝/聚酰亚胺复合膜，且充气支撑杆的外表面镀铝；多层隔热组件的下摆固连于展开机构安装板上，充气支撑杆通过柔性卡箍固定于展开机构安装板和多层隔热组件的内表面上，充气系统与充气支撑杆相连。本发明降低了多层隔热组件的尺寸，有效避免了帐篷展开后多层隔热组件的积压，以及与机构发生干涉的风险。
Description
技术领域
本发明属于航天器热控技术领域，具体涉及一种适用于大角度展开机构的多层帐篷。
背景技术
多层隔热材料在航天器上广泛应用，是航天器控制热流和温度的重要手段之一。实际使用时，多层隔热材料通常制成多层隔热组件，包扎在航天器相应部位，起到隔热、保温和控制温度的作用。对于转动机构通常采用多层帐篷的设计方法，将多层隔热组件做成圆筒状。圆筒状多层隔热组件的底部固定在机构的安装板上，圆筒状多层隔热组件的顶部固定在机构连接支架上。圆筒状多层隔热组件尺寸应留有一定余量，机构运动时连接支架带动多层隔热组件一起运动，这种设计方法能够有效地保证机构的工作温度。
随着航天技术的不断发展，机构的转动角度越来越大，传统的多层帐篷设计方法已经无法满足机构的设计要求。增加支撑结构成为多层帐篷设计的首选方法，当采用结构杆或结构板作为多层帐篷的支撑时，为了适应机构的大范围转动，结构杆或结构板需安装在机构运动包络范围外，使多层帐篷设计尺寸偏大，由于多层隔热组件具有柔软、疏松的特点，机构在展开过程中容易出现多层隔热组件在某个区域的积压，导致多层帐篷与机构发生接触，严重时会导致多层隔热组件与机构发生钩挂，影响机构转动。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，为航天器热控设计提供了一种适用于大角度展开机构的多层帐篷，该帐篷采用充气展开结构，与现有结构板/杆设计相比，降低了多层隔热组件的尺寸，减小了机构收拢时多层帐篷占用的空间，有效避免了帐篷展开后多层隔热组件的积压，以及与机构发生干涉的风险。
本发明的技术解决方案是：
一种适用于大角度展开机构的多层帐篷，包括多层隔热组件、充气支撑杆、柔性卡箍及充气系统；其中，多层隔热组件为双面镀铝聚酯膜和涤纶网交替叠合，且外表面粘有一层导电型聚酰亚胺薄膜镀铝二次表面镜；充气支撑杆由内胆、硬化层及外层构成，其中内胆为厚度100μm聚酰亚胺膜，硬化层为厚度100μm铝箔，外层为厚度150μm铝/聚酰亚胺复合膜，且充气支撑杆的外表面镀铝；
多层隔热组件的下摆固连于展开机构安装板上，充气支撑杆通过柔性卡箍固定于展开机构安装板和多层隔热组件的内表面上，充气系统与充气支撑杆相连。
进一步地，本发明所述内胆与硬化层之间、硬化层与外层之间由聚酰亚胺胶粘剂胶粘。
进一步地，本发明铝/聚酰亚胺复合膜在制备过程中先采用强碱将聚酰亚胺膜表面水解，通过离子交换将铝离子掺杂到聚酰亚胺表面，然后通过紫外灯曝光，使铝离子跟聚酰亚胺膜面粘附。
进一步地，本发明所述充气系统由氮气存储罐、气滤、压力传感器、充气控制电磁阀、单向阀及充气系统控制器组成；其中，
氮气存储罐的输出管路上依次连接气滤、压力传感器、充气控制电磁阀和单向阀；充气系统控制器分别与压力传感器和充气控制电磁阀相连，用于采集压力传感器信号，并为充气控制电磁阀提供驱动；充气系统的单向阀通过管路与所述充气支撑杆相连。
进一步地，本发明所述管路由钛合金制成，外径4mm，内径2mm。
进一步地，本发明柔性卡箍由柔性聚酰亚胺编织带和空心铜铆钉构成，所述柔性聚酰亚胺编织带由3条宽15mm，长300mm的聚酰亚胺条编织而成。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明多层帐篷设计，其利用充气支撑杆作为多层帐篷的支撑件，能够有效地适应收缩和展开后角度相差很大(大于90度)的机构，与采用结构支撑杆/板设计方法相比，降低了热设计的重量和体积。
(2)本发明充气支撑杆采用聚酰亚胺膜、铝箔、铝/聚酰亚胺复合膜热压方法制成充气支撑杆壁面材料，具有重量轻、可靠性高等特点，充气硬化后即便充气支撑杆内气体压力下降仍能具有较高的机械强度。
(3)本发明采用的充气展开技术，具有更高的设计灵活性，支撑结构的设计受航天器总体的限制减少。
(4)本发明采用的柔性卡箍技术，使充气支撑杆在多层帐篷内的安装工艺简单可行，并能很好的满足航天器经历的力学环境要求。
附图说明
图1为本发明多层帐篷未展开的示意图；
图2为本发明多层帐篷展开的示意图；
图3为本发明充气支撑杆结构图；
图4为本发明充气支撑杆的局部剖视图；
图5为本发明柔性卡箍结构图；
图6为本发明充气系统原理图；
其中，多层隔热组件-1，充气支撑杆-2，柔性卡箍-3，内胆-21，硬化层-22，外层-23，柔性聚酰亚胺编织带-31，空心铜铆钉-33。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：
本发明的设计思想为：本发明考虑将充气展开的充气支撑杆结构用作多层帐篷的支撑，与传统结构杆和结构板相比，充气支撑杆具有重量轻、体积小、充气前可折叠等优点。在应用时，将充气支撑杆采用柔性卡箍安装在多层隔热组件的内表面，随着多层隔热组件一起包覆。充气支撑杆在充气前能够适应多层隔热组件的形状。转动机构在轨展开后，充气系统对充气支撑杆充气并使之硬化，从而使充气结构有效地支撑多层隔热组件。
如图1所示，本发明适用于大角度展开机构的多层帐篷，包括多层隔热组件1、充气支撑杆2、柔性卡箍3及充气系统；其中，多层隔热组件1为双面镀铝聚酯膜和涤纶网交替叠合(即一层双面镀铝聚酯膜一层涤纶网交替的叠放一起，若需要求多层隔热组件较厚，则叠放多几层)，且外表面粘有一层导电型聚酰亚胺薄膜镀铝二次表面镜；充气支撑杆2由内胆21、硬化层22及外层23构成，其中内胆21为厚度100μm聚酰亚胺膜，硬化层22为厚度100μm铝箔，外层23为厚度150μm铝/聚酰亚胺复合膜，且充气支撑杆2的外表面镀铝；多层隔热组件1的下摆固连于展开机构安装板上，充气支撑杆2通过柔性卡箍3固定于展开机构安装板和多层隔热组件1的内表面上，充气系统与充气支撑杆2相连。
本发明多层帐篷，其利用多层隔热组件1隔热、保温，利用充气支撑杆2为多层隔热组件1提供支撑，利用充气系统为充气支撑杆2提供气压，使充气支撑杆2充气，当充气支撑杆2内壁应力达到硬化层22的屈服强度时产生塑性变形，从而使充气支撑杆2产生硬化，取得了一定刚度。硬化后的充气支撑杆2能够有效地避免多层帐篷与机构间发生干涉。
图1和图2中所示，在设计时先确定大角度展开机构的极限位置，以及极限位置在机构安装板上的投影。然后采用透明硬质塑料布进行采样，采样时塑料布的外形尺寸需适应机构转动的极限位置，即塑料布不应限制机构的转动，同时塑料布在包覆时应形成闭合的帐篷。然后制作和加工多层隔热组件1，多层隔热组件1的下摆采用销钉和压片固定在展开机构安装板上，多层隔热组件1的上沿采用销钉和压片固定在展开机构连接支架上。进行机构转动试验，分析多层隔热组件1出现积压的位置，根据展开机构的极限位置确定充气支撑杆2的位置及高度，充气支撑杆2的固定位置通常为展开机构极限位置在机构安装板上投影的外侧，距投影线距离一般为充气支撑杆2直径的3～5倍。采用柔性卡箍3将充气支撑杆2固定在机构(该多层帐篷的适用对象)安装板和多层隔热组件1内表面上。在实际应用过程中，待机构展开到一定位置时，开启充气系统，使充气支撑杆2充气并且硬化，支撑多层隔热组件1，避免其与机构发生触碰。
充气支撑杆2是本发明的核心部件，其结构如图3和图4所示。充气支撑杆2由内胆21、硬化层22、外层23构成。内胆21是充气的主要部件，充气支撑杆2的支撑作用依靠气体充入内胆21实现。硬化层22是充气支撑杆2提供刚度的主要部件，充气支撑杆2充气后依靠硬化层22的硬化来承受载荷。外层23是保护充气支撑杆2表面不受磨损。充气支撑杆2加工时采用聚酰亚胺膜+铝箔+铝/聚酰亚胺复合膜+镀铝层结构，并利用聚酰亚胺胶粘剂碾压在一起制成，具有结构稳定、耐辐照、制作工艺简单、放气率低等特点。铝/聚酰亚胺复合膜在制备过程中应先采用强碱将聚酰亚胺膜表面水解，通过离子交换将铝离子掺杂到聚酰亚胺表面，然后通过长时间紫外灯曝光，使铝离子跟聚酰亚胺膜面良好的粘附，提高铝/聚酰亚胺复合膜的结构强度和耐磨性。
柔性卡箍3是连接充气支撑杆2和多层隔热组件1的重要部件，其应用如图5所示。柔性卡箍3主要由柔性聚酰亚胺编织带31和空心铜铆钉32构成。柔性聚酰亚胺编织带31的作用是固定充气支撑杆2，同时具有一定弹性，以适应充气支撑杆2的变形，柔性聚酰亚胺编织带31采用3条宽15mm，长300mm的聚酰亚胺条按麻花辫编织方法进行制作。空心铜铆钉32的作用是将柔性聚酰亚胺编织带31固定在多层隔热组件1上。
充气系统由氮气存储罐、气滤、压力传感器、充气控制电磁阀、单向阀、管路及充气系统控制器组成，原理图如图6所示。其中，氮气存储罐的输出管路上依次连接气滤、压力传感器、充气控制电磁阀和单向阀；充气系统控制器分别与压力传感器和充气控制电磁阀相连，用于采集压力传感器信号，并为充气控制电磁阀提供驱动；充气系统中的单向阀通过管路与所述充气支撑杆2相连。氮气存储罐主要用于存储高压氮气，气滤用于过滤气体中杂质，压力传感器用于监测充气管路内的压力，充气控制电磁阀用于充气过程控制，单向阀用于避免管路内气体发生倒流，管路用于气体传输，充气系统控制器用于采集压力传感器信号，并为充气控制电磁阀提供驱动。充气系统在设计时，应根据各部件的工作温度范围进行布局，充气系统的各个部件，除管路外通常均应放置在舱内，管路通过机构安装板上的开孔与充气支撑杆2连接，管路暴露在舱外的部分应进行保温设计。
本发明在使用时，帐篷的下摆采用销钉和压片固定在机构安装板上，帐篷的上沿采用销钉和压片固定在机构连接支架上，帐篷的侧面的搭接区域采用涤纶线进行缝合；充气支撑杆2含有充气孔的一侧固定在机构安装板上。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种适用于大角度展开机构的多层帐篷，其特征在于，包括多层隔热组件(1)、充气支撑杆(2)、柔性卡箍(3)及充气系统；其中，多层隔热组件(1)为双面镀铝聚酯膜和涤纶网交替叠合，且外表面粘有一层导电型聚酰亚胺薄膜镀铝二次表面镜；充气支撑杆(2)由内胆(21)、硬化层(22)及外层(23)构成，其中内胆(21)为厚度100μm聚酰亚胺膜，硬化层(22)为厚度100μm铝箔，外层(23)为厚度150μm铝/聚酰亚胺复合膜，且充气支撑杆(2)的外表面镀铝；
多层隔热组件(1)的下摆固连于展开机构安装板上，充气支撑杆(2)通过柔性卡箍(3)固定于展开机构安装板和多层隔热组件(1)的内表面上，充气系统与充气支撑杆(2)相连；所述充气系统由氮气存储罐、气滤、压力传感器、充气控制电磁阀、单向阀及充气系统控制器组成；其中，氮气存储罐的输出管路上依次连接气滤、压力传感器、充气控制电磁阀和单向阀；充气系统控制器分别与压力传感器和充气控制电磁阀相连，用于采集压力传感器信号，并为充气控制电磁阀提供驱动；充气系统的单向阀通过管路与所述充气支撑杆(2)相连。
2.根据权利要求1所述适用于大角度展开机构的多层帐篷，其特征在于，所述内胆(21)与硬化层(22)之间、硬化层(22)与外层(23)之间由聚酰亚胺胶粘剂胶粘。
3.根据权利要求1或2所述适用于大角度展开机构的多层帐篷，其特征在于，所述铝/聚酰亚胺复合膜在制备过程中先采用强碱将聚酰亚胺膜表面水解，通过离子交换将铝离子掺杂到聚酰亚胺表面，然后通过紫外灯曝光，使铝离子跟聚酰亚胺膜面粘附。
4.根据权利要求1所述适用于大角度展开机构的多层帐篷，其特征在于，所述管路由钛合金制成，外径4mm，内径2mm。
5.根据权利要求1或4所述适用于大角度展开机构的多层帐篷，其特征在于，所述柔性卡箍(3)由柔性聚酰亚胺编织带(31)和空心铜铆钉(32)构成，所述柔性聚酰亚胺编织带由3条宽15mm，长300mm的聚酰亚胺条编织而成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |