[發明專利]一種用于航天器柔性充氣展開結構的剛柔連接結構

無效

• 申請號: 201410302874.2
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104058103A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 王文龍;從強
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: B64G1/22
• 分類號: B64G1/22
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

技術領域

本發明涉及一種用于航天器柔性充氣展開結構的剛柔連接結構，屬于蒙皮與剛性金屬框連接技術領域，具體涉及一種用于航天器柔性充氣展開結構的蒙皮與剛性金屬框的連接設計，指一種應用在空間充氣式艙體結構上的剛柔連接裝置。

背景技術

空間柔性充氣式展開結構是一種以柔性復合材料構建的，在發射時處于折疊狀態，到達預定軌道后依靠氣源的壓力展開，并通過一定方法保持所期望構型的一種空間結構。在充氣式結構設計時不可避免要設置一些艙門、對接機構等金屬件，這些金屬件與蒙皮的連接至關重要，既要保證連接部位的強度、氣密性等性能指標，又不能對蒙皮造成損傷。所以剛柔連接設計主要考慮兩個因素：1)接口處如何保持氣密性；2)接口處有足夠的連接強度且不會產生應力集中。

柔性充氣展開結構的蒙皮由多層功能層構成，如氣密層、增強層、熱防護層、空間碎片防護層等，根據任務需求的差異有所取舍。但最基本構成是增強層和氣密層，氣密層位于增強層內部，能有效阻止氣體分子的泄露。增強層用于抵抗艙內的壓力應載荷。

為了解決剛性金屬框(用于固定艙門、舷窗、對接機構等剛性金屬構件)與蒙皮的剛柔連接問題，通常的設計思路是在兩者之間設計一套法蘭盤組件，將氣密層和增強層通過螺栓緊緊壓入到法蘭的凹形槽內，實現密封和連接固定的功能。現有技術的缺點包括：

(1)為了保證蒙皮(氣密層和增強層)與剛性金屬框的連接強度，需要在氣密層和增強層上施加極大地壓縮力用于抵消艙內壓力引起的拉力，而這些拉力會使增強層和氣密層產生剪切應力。但氣密層通常很薄、很脆弱，在壓縮力及其產生的剪切力作用下易發生材料變形或破壞。即使增強層材料強度足夠大，由于長期承受壓縮力及剪切應力，也必須對增強層進行補強設計。

(2)由于艙內壓力的存在，氣密層在內壓作用下向增強層移動，導致氣密層與增強層間出現往復的小位移摩擦，這種相對運動還可能導致氣密層因磨損而失效。

(3)由于氣密層和增強層被夾在一起壓進凹形槽，壓緊力過小將不能確保足夠的密封力，壓緊力過大時增強層厚度和氣密層局部會產生過大的壓應力，長期作用下由于變形和蠕變，氣密層和增強層會從施加壓縮力的位置不斷的變薄。從而導致密封間隙不斷變大，造成與壓縮接觸應力急劇下降，進而引起密封功能喪失。

(4)充氣式展開結構的優勢之一是克服了火箭徑向發射包絡對航天器的限制，上述氣密層和增強層的一體式連接固定的方式只允許充氣式艙體結構沿軸線展開，不能實現沿徑向展開。這大大限制了充氣式結構沿徑向可展開優勢的發揮。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中蒙皮與剛性金屬框之間剛柔連接設計技術中存在的不足，提出一種用于航天器柔性充氣展開結構的剛柔連接結構，具體為一種氣密層和增強層與剛性金屬框分體式連接方案，確保充氣式結構能沿軸向和徑向二維展開；采用增強層鎖緊環限位設計使得氣密層上不產生額外載荷；采用浮動式密封隔離設計確保施加在氣密層上的力僅僅是作用在密封接觸點/線上的壓縮力，既保證了密封，又消除了剛性金屬框、增強層等對氣密層材料的磨損。

本發明的一種用于航天器柔性充氣展開結構的剛柔連接結構，該連接結構包括柔性部件、剛性部件和連接件；柔性部件包括增強層和氣密層，剛性部件包括密封法蘭、基座法蘭、鎖定法蘭和連接板，連接件包括鎖緊環、防磨環、密封圈和防磨內襯；

氣密層的一部分位于密封法蘭和基座法蘭之間，且位于密封法蘭和基座法蘭之間的氣密層的端部為防脫端部；

在密封法蘭和基座法蘭的內側相對位置各有一密封槽，密封槽內各安裝一個密封圈；基座法蘭上位于密封槽的下方有一槽縫，防脫端部固定在槽縫內；防脫端部的厚度大于氣密層其他部分的厚度；比如防脫端部的厚度為氣密層其他部分的厚度的三倍以上；

密封法蘭和基座法蘭之間通過螺栓進行固定連接，在擰緊螺栓時，氣密層被密封法蘭和基座法蘭夾緊，并通過密封圈進行密封；

基座法蘭上有弧形凹槽，鎖定法蘭上有弧形凹槽，且基座法蘭上的弧形凹槽與鎖定法蘭上的弧形凹槽相匹配；鎖緊環固定在基座法蘭的弧形凹槽與鎖定法蘭的弧形凹槽內，增強層末端的繩套穿過鎖緊環，基座法蘭與鎖定法蘭之間通過螺栓進行固定連接，螺栓擰緊時，鎖緊環被固定在基座法蘭與鎖定法蘭的凹槽內。增強層承受的拉力通過繩套傳遞給鎖緊環，再通過鎖緊環間接傳遞到基座法蘭與鎖定法蘭上；

密封法蘭、基座法蘭和鎖定法蘭通過螺釘與連接板固定連接；

在增強層和氣密層之間有防磨環和防磨內襯。

有益效果