CN104691787A - 一种多层夹心充气舱体用的充气展开支撑框架 - Google Patents
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Abstract
一种多层夹心充气舱体用的充气展开支撑框架。两个相邻的环形充气管之间连接有中间充气管，外端环形充气管与环形充气管之间连接有弧形充气管，形成充气展开支撑框架，所述环形充气管和中间充气管之间、外端环形充气管和弧形充气管之间、弧形充气管和环形充气管之间均相互连通。本发明发射前可随充气舱体进行柔性折叠，发射入轨后，充气展开支撑框架以充气压力作为驱动力，可沿轴向和径向分别展开，从而为充气舱体的展开提供协助，以保障充气舱体在轨充气展开的顺利完成；充气展开后，充气展开支撑框架固化成型，使框架在气体泄漏的情况下仍能保持结构形状，形成满足结构刚度要求的支撑框架结构，并对连接的各层囊体起到一定的约束和支撑作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种多层夹心充气舱体用的充气展开支撑框架结构，属于航天舱体技术领域。
背景技术
多层夹心充气舱体是由多层充气囊体嵌套而成的空间舱体结构，具有折叠体积小、重量轻、结构简单、展开可靠等优势，多层夹心充气舱体显著地提高了充气舱体空间碎片防护效率和隔热效果。为保证夹心充气舱体具有一定的空间碎片防护效率和隔热效果，需在充气舱体的各层囊体之间形成一定间距，使舱壁形成一种增强型惠氏防护屏结构，以提高舱体空间碎片防护效率，并形成舱壁间的真空空腔以阻断舱体内外热量的传导和对流，从而提高舱体隔热效果。为了保证充气舱体各层囊体间形成所设计的间距，需在各层囊体间增加支撑结构。现有夹层式舱体结构主要采用泡沫作为填充物支撑舱壁以形成舱壁间间距，泡沫填充会降低舱体折叠效率，增大舱体折叠体积和重量。此外，由于多层夹心充气舱体由两层或多层充气囊体构成，形成的舱壁较厚，其充气展开难度大，各层囊体间需一定的辅助展开和支撑机构，为舱体的充气展开提供协助作用。
发明内容
本发明提供了一种多层夹心充气舱体用的充气展开支撑框架，以保证在多层夹心充气舱体的多层充气囊体间形成一定间距，以解决充气舱体充气展开难度大、易受空间碎片撞击等问题，为此本发明采用如下的技术方案：
一种多层夹心充气舱体用的充气展开支撑框架，包括：环形充气管、中间充气管，外端环形充气管和弧形充气管，所述两个相邻的环形充气管之间连接有中间充气管，外端环形充气管与环形充气管之间连接有弧形充气管，形成充气展开支撑框架，所述环形充气管和中间充气管之间、外端环形充气管和弧形充气管之间、弧形充气管和环形充气管之间均相互连通；所述环形充气管、中间充气管，外端环形充气管和弧形充气管均采用薄壁结构，所述薄壁由气密层和刚化层构成，所述气密层为柔性薄膜材料，所述刚化层为柔性复合材料层，所述气密层在薄壁的内侧，所述刚化层在薄壁的外侧。
本发明发射前可随充气舱体进行柔性折叠，发射入轨后，充气展开支撑框架以充气压力作为驱动力，可沿支撑框架轴向和径向分别展开，从而为充气舱体的展开提供协助，以保障充气舱体在轨充气展开的顺利完成；充气展开后，充气展开支撑框架固化成型，使框架在气体泄漏的情况下仍能保持结构形状，形成满足结构刚度要求的支撑框架结构，并对连接的各层囊体起到一定的约束和支撑作用，以支撑相邻两层囊体之间保持所设计的间距，提高各层囊体的承压和保形能力，增加充气舱体的结构刚度。
充气展开支撑框架支撑充气舱体的各层囊体并使之保持所设计的间距，从而使得充气舱体的舱壁形成类似惠氏防护屏的充气防护结构。充气舱体的多层充气囊体可有效地破碎空间碎片，并进一步使之液化或气化形成碎片云团，充气展开支撑框架在多层充气囊体间形成的间距空间既为碎片云团提供了充分膨胀的路径，降低了碎片云团对最内层囊壁的总撞击能量和单位面积撞击能量，大大提高了充气舱体空间碎片撞击防护效率，又阻断了充气舱体内外热量的传导和对流效应，有效的提高了舱体的隔热效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述的多层夹心充气舱体用的充气展开支撑框架示意图；
图2是本发明用于双层夹心充气舱体的结构示意图；
图3是本发明用于多层夹心充气舱体的结构示意图。
图中的附图标记，1为环形充气管，2为中间充气管，3为外端环形充气管，4为弧形充气管，5为充气展开支撑框架，6为内囊，7为第一层防护壳，8为第一空间，9为舱体，10为对接口，11为舱门，12为第二层防护壳，13为第二空间。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本具体实施方式提供的一种多层夹心充气舱体用的充气展开支撑框架，包括：环形充气管1、中间充气管2，外端环形充气管3和弧形充气管4，所述两个相邻的环形充气管1之间连接有中间充气管2，外端环形充气管3与环形充气管1之间连接有弧形充气管4，形成充气展开支撑框架5，所述环形充气管1和中间充气管2之间、外端环形充气管3和弧形充气管4之间、弧形充气管4和环形充气管1之间均相互连通；所述环形充气管1、中间充气管2，外端环形充气管3和弧形充气管4均采用薄壁结构，所述薄壁由气密层和刚化层构成，所述气密层为柔性薄膜材料，所述刚化层为柔性复合材料层，所述气密层在薄壁的内侧，所述刚化层在薄壁的外侧。
每两个相邻的环形充气管1之间等间距平行设置，两个相邻的中间充气管2之间等间距平行设置，中间充气管2与环形充气管1之间相互垂直设置，形成具有预定形状和尺寸的框架结构，充气环和充气管的数量根据空间舱体的形状和尺寸要求确定。
进一步，环形充气管1、中间充气管2，外端环形充气管3和弧形充气管4采用薄壁结构，薄壁结构的内层为气密层，薄壁结构的外层为刚化层，气密层为充气展开支撑框架5从充气展开到刚化型这一过程，保持充气压力提供保障，材料为硅橡胶和丁基橡胶复合材料层合结构。环形充气管1、中间充气管2，外端环形充气管3和弧形充气管4薄壁结构中的刚化层可在轨刚化，以提高充气展开支撑框架5的结构刚度和硬度，材料为高强纤维环氧复合材料。
作为可选的，充气展开支撑框架5设置在多层夹心充气舱体的各层囊体之间，主要为各层囊体提供连接和支撑，协助囊体充气展开，并在一定程度上提高囊体的承压能力、保形能力和结构刚度。支撑框架充气管的截面直径即为各层囊体间相隔的间距。充气展开支撑框架在协助充气囊体完全展开且囊体间达到所设计的间距后，充气展开支撑框架进行结构刚化。其中，气密层为支撑框架管壁结构的最内层，保证支撑框架在展开及刚化成型这一过程中充气管的密封性能。其中，刚化层为管壁结构的最外层，刚化层在刚化后具有一定结构刚度和硬度，使支撑框架在气体泄漏殆尽的情况下仍能保持结构形状，以多层充气囊体间保持所设计的间距。
具体该充气展开支撑框架5的实施步骤包括：第一，充气展开支撑框架刚化前是柔性的薄壁结构，发射前可随多层空心夹层是充气舱体进行柔性折叠，并具有较小的折叠体积和质量。第二，发射入轨后，充气展开支撑框架以充气压力作为驱动力，可沿支撑框架轴向和径向分别展开，从而为充气舱体的展开提供辅助，以保障充气舱体在轨充气展开的顺利完成。第三，充气展开后，支撑框架固化成型，从而形成满足结构刚度要求的支撑框架结构，刚化后的支撑框架在气体泄漏的情况下仍能保持结构形状，以支撑各层充气囊体间保持所设计的间距。第四，充气展开固化成型后，充气展开支撑框架对连接的各层囊体起到一定的约束作用，以提高各层囊体的承压和保形能力，并增加充气舱体结构的整体刚度。第五，充气展开支撑框架使多层充气囊体间保持所设计的间距，从而使得多层夹心充气舱体的舱壁形成类似惠氏防护屏的充气防护结构，能够使空间碎片经过多次破碎和升温，形成碎片云团，而充气囊体间所形成的间距空间为碎片云团提供了充分扩散的路径，降低了碎片云团对内层囊体的总撞击能量和单位面积撞击能量，大大提高了充气舱体空间碎片撞击防护效率。充气展开支撑框架支撑各层充气囊体间形成的间距空间，还可阻断充气舱体内外热量的传导和对流效应，从而有效地提高舱体的隔热效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种多层夹心充气舱体用的充气展开支撑框架，其特征在于，包括：环形充气管（1）、中间充气管（2），外端环形充气管（3）和弧形充气管（4），所述两个相邻的环形充气管（1）之间连接有中间充气管（2），外端环形充气管（3）与环形充气管（1）之间连接有弧形充气管（4），形成充气展开支撑框架（5），所述环形充气管（1）和中间充气管（2）之间、外端环形充气管（3）和弧形充气管（4）之间、弧形充气管（4）和环形充气管（1）之间均相互连通；所述环形充气管（1）、中间充气管（2），外端环形充气管（3）和弧形充气管（4）均采用薄壁结构，所述薄壁由气密层和刚化层构成，所述气密层为柔性薄膜材料，所述刚化层为柔性复合材料层，所述气密层在薄壁的内侧，所述刚化层在薄壁的外侧。
2.根据权利要求1所述的多层夹心充气舱体用的充气展开支撑框架，其特征在于，每两个相邻的环形充气管（1）之间等间距平行设置。
3.根据权利要求1所述的多层夹心充气舱体用的充气展开支撑框架，其特征在于，两个相邻的中间充气管（2）之间等间距平行设置。
4.根据权利要求1所述的多层夹心充气舱体用的充气展开支撑框架，其特征在于，中间充气管（2）与环形充气管1之间相互垂直设置。
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