一种具有低热膨胀特性的点阵夹芯式热防护结构

本发明涉及点阵夹芯板，具体为一种具有低热膨胀特性的点阵夹芯式热防护结构。

背景技术：

1、蜂窝夹芯结构是一种在航空航天领域广泛应用的结构，以一种常见的应用于卫星反射表面的蜂窝夹芯板为例，其上下表面采用具有各向异性的碳纤维蒙皮，中间的芯子为六边形硬质铝合金蜂窝，蒙皮作为结构的安装面，其局部变形量作为一项重要指标，将直接影响结构的安装精度和使用性能。这样的结构在固化过程以及工作环境的升降温过程中，由于蒙皮和夹芯板的热膨胀系数存在数量级差异，必然会产生较大的热应力，甚至会引起脱粘等结构破坏或引起较大热变形量影响结构精度，造成结构功能性的破坏，为此，我们提出一种具有低热膨胀特性的点阵夹芯式热防护结构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有低热膨胀特性的点阵夹芯式热防护结构，在满足原有蜂窝夹芯板其他力学性能的基础上具有低热膨胀特性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有低热膨胀特性的点阵夹芯式热防护结构，包括上蒙皮、下蒙皮及设置在上蒙皮、下蒙皮之间的夹芯板单元，所述夹芯板单元包括多个蜂窝组件，多个蜂窝组件之间凹凸连接，相邻的两个蜂窝组件侧边相互重合，整体均匀排布；

3、所述蜂窝组件多个侧边的两侧热膨胀系数不同，且蜂窝组件的多个侧边在相同条件下受热变形突起程度相同。

4、进一步的，所述上蒙皮、下蒙皮与夹芯板单元之间均相互平行，且夹芯板单元与上蒙皮、下蒙皮相接触的表面为其低热膨胀面。

5、进一步的，所述上蒙皮、下蒙皮采用碳纤维材质制成，且上蒙皮、下蒙皮与夹芯板单元之间采用胶粘方式固定连接。

6、进一步的，所述蜂窝组件的侧边数量设置为多个，每个侧边均为一个线性结构。

7、进一步的，所述线性结构包括直板一，所述直板一的一侧两端均固定连接有突起，所述突起整体为长方体状；

8、所述直板一另一侧的两端开设有沟槽，所述沟槽内嵌合有直板二，且直板二的侧面与直板一侧面相接触。

9、进一步的，所述直板二位于蜂窝组件侧边的一侧，直板一位于蜂窝组件侧边的另一侧，直板二采用铝合金材质制成，直板一采用不锈钢材质制成，且直板二的热膨胀系数大于直板一。

10、进一步的，所述线性结构的低热膨胀性能的设定参数为：

11、

12、其中：

13、

14、

15、其中l为突起间膨胀前的原始长度，h为突起的高度，a1、a2为两种材料的宽度，m为两材料宽度的比值a1/a2，e1、e2为两种材料的杨氏模量，n为两种材料杨氏模量的比值e1/e2，α1、α2为两种材料的热膨胀系数，k为两种材料热膨胀系数的比值α1/α2，t为温度变化量。

16、进一步的，多个所述线性结构以突起的内侧棱边为公共边，多个直板一之间凹凸相间，形成一个整体，构成一个蜂窝组件。

17、进一步的，所述蜂窝组件的整体形状设置为正三角形、正方形或正六边形中任意一种。

18、进一步的，所述多个蜂窝组件以突起内侧棱边为公共边，形成一个整体，构成夹芯板单元。

19、本发明至少具备以下有益效果：

20、1.本发明中由于各线性结构完全相同，受热变形后突起的弯曲程度也完全相同，线性结构的变形不会因为相邻线性结构的变形产生额外的应力，整体蜂窝组件中相邻棱边的热膨胀系数描述与孤立的线性结构突起内侧的两棱边的热膨胀系数理论上完全一致。

21、2.本发明通过调节线性结构参数的大小和所选材料的不同能够控制两端突起变形时的距离变化，从而实现夹芯板单元整体热膨胀系数变化的调控，从而缩小夹芯板单元与上蒙皮、下蒙皮之间的热膨胀系数差异，避免因热变形不匹配而产生热应力，导致上蒙皮、下蒙皮与夹芯板单元之间脱离，整体稳定结构被破坏。

22、3.本发明中设计了沟槽，两种热膨胀系数不同的材料之间采用嵌锁的方式进行连接，这种设计的优点在于，只需要制备单一材料的直板，而不需要制备曲板或进行不同材料的接合，有效降低了制备难度；同时受热弯曲后两材料之间会产生缝隙，与两材料接触面不变相比，可以有效降低弯曲面的应力集中。

23、4.本发明通过在直板一上设置突起，相比于普通双材料直杆，有效放大了弯曲对结构热膨胀系数的影响，扩展了结构热膨胀系数的变化范围，可以实现热膨胀系数由正值、零、负值的连续调控，降低了结构热应力；同时由于实现低热膨胀的是同一材料的突起，因此容易实现多个直板间的焊接，或直接进行整体设计及制备，便于构建低热膨胀点阵结构。

24、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种具有低热膨胀特性的点阵夹芯式热防护结构，包括上蒙皮、下蒙皮及设置在上蒙皮、下蒙皮之间的夹芯板单元，其特征在于，所述夹芯板单元包括多个蜂窝组件，多个蜂窝组件之间凹凸连接，相邻的两个蜂窝组件侧边相互重合，整体均匀排布；

2.根据权利要求1所述的一种具有低热膨胀特性的点阵夹芯式热防护结构，其特征在于：所述上蒙皮、下蒙皮与夹芯板单元之间均相互平行，且夹芯板单元与上蒙皮、下蒙皮相接触的表面为其低热膨胀面。

3.根据权利要求2所述的一种具有低热膨胀特性的点阵夹芯式热防护结构，其特征在于：所述上蒙皮、下蒙皮采用碳纤维材质制成，且上蒙皮、下蒙皮与夹芯板单元之间采用胶粘方式固定连接。

4.根据权利要求2所述的一种具有低热膨胀特性的点阵夹芯式热防护结构，其特征在于：所述蜂窝组件的侧边数量设置为多个，每个侧边均为一个线性结构。

5.根据权利要求4所述的一种具有低热膨胀特性的点阵夹芯式热防护结构，其特征在于：所述线性结构包括直板一，所述直板一的一侧两端均固定连接有突起，所述突起整体为长方体状；

6.根据权利要求5所述的一种具有低热膨胀特性的点阵夹芯式热防护结构，其特征在于：所述直板二位于蜂窝组件侧边的一侧，直板一位于蜂窝组件侧边的另一侧，直板二采用铝合金材质制成，直板一采用不锈钢材质制成，且直板二的热膨胀系数大于直板一。

7.根据权利要求5所述的一种具有低热膨胀特性的点阵夹芯式热防护结构，其特征在于：所述线性结构的低热膨胀性能的设定参数为：

8.根据权利要求7所述的一种具有低热膨胀特性的点阵夹芯式热防护结构，其特征在于：多个所述线性结构以突起的内侧棱边为公共边，多个直板一之间凹凸相间，形成一个整体，构成一个蜂窝组件。

9.根据权利要求8所述的一种具有低热膨胀特性的点阵夹芯式热防护结构，其特征在于：所述蜂窝组件的整体形状设置为正三角形、正方形或正六边形中任意一种。

10.根据权利要求9所述的一种具有低热膨胀特性的点阵夹芯式热防护结构，其特征在于：所述多个蜂窝组件以突起内侧棱边为公共边，形成一个整体，构成夹芯板单元。

技术总结本发明公开了一种具有低热膨胀特性的点阵夹芯式热防护结构，涉及点阵夹芯板技术领域。本发明包括上蒙皮、下蒙皮及设置在上蒙皮、下蒙皮之间的夹芯板单元，夹芯板单元包括多个蜂窝组件，多个蜂窝组件之间凹凸连接，相邻的两个蜂窝组件侧边相互重合，整体均匀排布；蜂窝组件多个侧边的两侧热膨胀系数不同。本发明通过调节线性结构参数的大小和所选材料的不同能够控制两端突起变形时的距离变化，从而实现夹芯板单元整体热膨胀系数变化的调控，从而缩小夹芯板单元与上蒙皮、下蒙皮之间的热膨胀系数差异，避免因热变形不匹配而产生热应力，导致上蒙皮、下蒙皮与夹芯板单元之间脱离，整体稳定结构被破坏。技术研发人员：陈强,刘华清,费庆国,马晗,朱锐,陆方舟,李彦斌受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29