一种大型折卷一体化的柔性可展开帆板结构的制作方法

本发明涉及航天帆板设计，具体是一种大型折卷一体化的柔性可展开帆板结构。

背景技术：

1、空间可展开结构的设计和应用目的在于解决运载工具容积有限和空间可展开结构日益复杂之间的矛盾，因此，空间可展开结构需要能够按照设计意愿实现收拢状态到展开状态的转换。在发射过程中，空间可展开结构为收拢状态，满足运载工具容积有限的要求，而在到达预定轨道后，空间可展开结构按设计尺寸展开，以实现在轨功能。综上而言，空间可展开结构应减小结构质量、体积，同时尽量实现结构功能的复杂化，具有易装载、预定位置可展开的特性。

2、随着航天事业的发展，对空间可展开帆板的尺寸要求也越来越大，现阶段甚至经常用到大型空间可展开帆板，而传统刚性折叠式帆板结构较为复杂，重量相对较大，受发射时火箭整流罩外包络尺寸要求难以达到理想长度，而且展开可靠性和收拢效率较低，展开过程可控性差，容易对航天器较大的冲击。因此，亟需对空间可展开帆板结构进行优化设计，以解决传统刚性折叠式帆板结构难以满足现阶段航天需求的问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种大型折卷一体化的柔性可展开帆板结构，它采用形状记忆聚合物复合材料制备的单元帆板和铰链装配组合而成，通过对单元帆板的卷曲处理和铰链的弯曲处理降低收拢状态下的尺寸，结构简单重量轻，收拢效率高，利用形状记忆效应驱动释放，展开过程可控性强，减缓展开过程对航天器的冲击。

2、为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种大型折卷一体化的柔性可展开帆板结构，由单元帆板以及铰链装配组合而成，所述单元帆板和所述铰链中间段均采用形状记忆聚合物复合材料制备，单元帆板自身收拢状态下卷曲处理为由多个单胞连续排布成的平板结构，所述单胞呈s形卷曲且截面呈圆形，单元帆板自身展开状态下通过太阳能驱动释放为平面结构，铰链中间段截面呈“)(”形且两端分别设置与单元帆板连接的固定部，铰链展开状态下通过电热能驱动释放为直杆结构，所述大型折卷一体化的柔性可展开帆板结构收拢状态分为叠放收拢和箱型收拢两种形式，两个以上的单元帆板按照叠放收拢装配时，单元帆板之间在自身收拢状态下沿展开方向依次排布，相邻两个单元帆板首尾两端分别通过至少一个铰链进行连接，将铰链进行180°弯曲锁定使相邻两个单元帆板首尾交错叠放收拢，六个以上的单元帆板按照箱型收拢装配时，若只有六个单元帆板则在自身收拢状态下按正方体展开面进行排布，其中，展开方向相同的两个单元帆板之间通过至少一个铰链进行连接，展开方向垂直的两个单元帆板之间仅通过一个铰链将中间位置进行连接，将铰链进行90°弯曲锁定使六个单元帆板按正方体表面进行收拢，若数量超出六个单元帆板则在六个单元帆板箱型收拢装配的基础上，在正方体展开面边缘的一个单元帆板伸展端将数量超出的单元帆板按照叠放收拢装配的形式连接并收拢放置于正方体表面内部。

3、进一步的，所述形状记忆聚合物复合材料包括基体相和增强相，所述基体相选用环氧类或氰酸酯类形状记忆聚合物，所述增强相选用连续纤维。

4、进一步的，所述基体相选用环氧类形状记忆聚合物时玻璃化转变温度选择范围在80～180℃，基体相选用氰酸酯类形状记忆聚合物时玻璃化转变温度选择范围在180～200℃。

5、进一步的，所述单元帆板制备过程中在形状记忆聚合物复合材料中添加炭黑。

6、进一步的，所述铰链上固定设置温度可调的电热元件。

7、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用形状记忆聚合物复合材料制备的单元帆板和铰链装配组合而成，通过对单元帆板的卷曲处理和铰链的弯曲处理降低收拢状态下的尺寸，收拢效率高，能够满足运载工具容积的限制，大大减轻整体重量，利用形状记忆效应通过太阳能或电热能驱动释放，展开过程可控性强，减缓展开过程对航天器的冲击，相比于传统刚性折叠式帆板结构实现了帆板与展开驱动的一体化设计，能在发射阶段对较大体积的帆板进行收拢，同时解决了机械机构多、结构复杂、可靠性低的问题，具有广阔的开发应用前景。

技术特征：

1.一种大型折卷一体化的柔性可展开帆板结构，其特征在于：由单元帆板(1)以及铰链(2)装配组合而成，所述单元帆板(1)和所述铰链(2)中间段均采用形状记忆聚合物复合材料制备，单元帆板(1)自身收拢状态下卷曲处理为由多个单胞连续排布成的平板结构，所述单胞呈s形卷曲且截面呈圆形，单元帆板(1)自身展开状态下通过太阳能驱动释放为平面结构，铰链(2)中间段截面呈“)(”形且两端分别设置与单元帆板(1)连接的固定部，铰链(2)展开状态下通过电热能驱动释放为直杆结构，所述大型折卷一体化的柔性可展开帆板结构收拢状态分为叠放收拢和箱型收拢两种形式，两个以上的单元帆板(1)按照叠放收拢装配时，单元帆板(1)之间在自身收拢状态下沿展开方向依次排布，相邻两个单元帆板(1)首尾两端分别通过至少一个铰链(2)进行连接，将铰链(2)进行180°弯曲锁定使相邻两个单元帆板(1)首尾交错叠放收拢，六个以上的单元帆板(1)按照箱型收拢装配时，若只有六个单元帆板(1)则在自身收拢状态下按正方体展开面进行排布，其中，展开方向相同的两个单元帆板(1)之间通过至少一个铰链(2)进行连接，展开方向垂直的两个单元帆板(1)之间仅通过一个铰链(2)将中间位置进行连接，将铰链(2)进行90°弯曲锁定使六个单元帆板(1)按正方体表面进行收拢，若数量超出六个单元帆板(1)则在六个单元帆板(1)箱型收拢装配的基础上，在正方体展开面边缘的一个单元帆板(1)伸展端将数量超出的单元帆板(1)按照叠放收拢装配的形式连接并收拢放置于正方体表面内部。

2.根据权利要求1所述的一种大型折卷一体化的柔性可展开帆板结构，其特征在于：所述形状记忆聚合物复合材料包括基体相和增强相，所述基体相选用环氧类或氰酸酯类形状记忆聚合物，所述增强相选用连续纤维。

3.根据权利要求2所述的一种大型折卷一体化的柔性可展开帆板结构，其特征在于：所述基体相选用环氧类形状记忆聚合物时玻璃化转变温度选择范围在80～180℃，基体相选用氰酸酯类形状记忆聚合物时玻璃化转变温度选择范围在180～200℃。

4.根据权利要求1所述的一种大型折卷一体化的柔性可展开帆板结构，其特征在于：所述单元帆板(1)制备过程中在形状记忆聚合物复合材料中添加炭黑。

5.根据权利要求1所述的一种大型折卷一体化的柔性可展开帆板结构，其特征在于：所述铰链(2)上固定设置温度可调的电热元件。

技术总结一种大型折卷一体化的柔性可展开帆板结构，涉及航天帆板设计技术领域。单元帆板及铰链中间段均采用形状记忆聚合物复合材料制备，单元帆板收拢状态下卷曲处理为由多个单胞连续排布成的平板结构，单胞呈S形卷曲且截面呈圆形，展开状态下通过太阳能驱动释放为平面结构，铰链中间段截面呈“)(”形且两端分别设置固定部，展开状态下通过电热能驱动释放为直杆结构，帆板结构分为叠放收拢和箱型收拢两种形式。采用形状记忆聚合物复合材料制备的单元帆板和铰链装配组合而成，通过对单元帆板的卷曲处理和铰链的弯曲处理降低收拢状态下的尺寸，结构简单重量轻，收拢效率高，利用形状记忆效应驱动释放，展开过程可控性强，减缓展开过程对航天器的冲击。技术研发人员：刘彦菊,刘立武,刘政贤,张风华,李丰丰,冷劲松受保护的技术使用者：苏州智新复合材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/8