[發明專利]泡沫夾芯碳纖維飛輪及其制造方法

有效

• 申請號: 202010176410.7
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111438962B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 羅海波;何小輝;李欣;周江華;張冬輝;秦玉梅
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/54;F16F15/31;B64B1/40
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李曉鋒

本發明涉及高空氣球附屬設備技術領域，公開了一種泡沫夾芯碳纖維飛輪及其制造方法，其中泡沫夾芯碳纖維飛輪包括由內至外依次間隔且同軸設置的飛輪內環、飛輪中環和飛輪外環，還包括沿飛輪外環的徑向設置于飛輪內環和飛輪外環之間的多個輻條，多個輻條沿飛輪外環的周向均勻分布；飛輪內環為碳纖維復合材料實心結構，飛輪中環、飛輪外環和輻條均為碳纖維復合材料空心結構，且碳纖維復合材料空心結構的內部填充有泡沫芯材；還包括多個連接于飛輪外環的配重塊，多個配重塊沿飛輪外環的周向均勻分布。該泡沫夾芯碳纖維飛輪具有優異的力學性能，實現了飛輪本體結構最大限度的減重設計要求，泡沫芯填充設計有效的提高了飛輪轉動過程中的扭轉剛度。

技術領域

本發明涉及高空氣球附屬設備技術領域，尤其涉及一種泡沫夾芯碳纖維飛輪及其制造方法。

背景技術

高空氣球又稱高空科學氣球，是指在平流層飛行的無動力浮空器，由于高空氣球造價低廉、組織飛行方便、試驗周期短，因此越來越受到科學工作者的青睞。通常高空氣球在正常工作時，需要對其方位姿態進行控制，以保證其上搭載的設備可以穩定工作，通常需要使用反作用飛輪系統，通過電機調整飛輪轉速，利用飛輪角動量變化產生的反作用力矩實現高空氣球方位角的穩定和調整。

目前，大體積高空球姿控飛輪主要采用鋼結構設計，當飛輪轉動慣量設計值較大時，將會付出較大的重量代價，一方面要將飛輪的轉動半徑盡量擴大以此滿足較大的轉動慣量要求，另一方面，為了保證結構整體剛度，連接外環的輻條數量和重量也會相應增加，從而帶來不必要的附加重量。另外，為了保證飛輪整體的軸向和面內動平衡性能，對飛輪的加工精度也提出了較高的要求。

發明內容

本發明實施例提供一種泡沫夾芯碳纖維飛輪及其制造方法，用以解決現有的飛輪結構重量過大、難以兼顧輕量化和動態承載能力的問題。

本發明實施例提供一種泡沫夾芯碳纖維飛輪，包括由內至外依次間隔且同軸設置的飛輪內環、飛輪中環和飛輪外環，還包括沿所述飛輪外環的徑向設置于所述飛輪內環和所述飛輪外環之間的多個輻條，多個所述輻條沿所述飛輪外環的周向均勻分布；所述飛輪內環為碳纖維復合材料實心結構，所述飛輪中環、所述飛輪外環和所述輻條均為碳纖維復合材料空心結構，且所述碳纖維復合材料空心結構的內部填充有泡沫芯材；

還包括多個連接于所述飛輪外環的配重塊，多個所述配重塊沿所述飛輪外環的周向均勻分布。

其中，所述飛輪內環的中心還預埋有傳動接頭，所述傳動接頭內設有帶連接鍵槽的軸孔，所述傳動接頭與所述飛輪內環連接的一側設有多個沿所述傳動接頭的周向間隔分布的縱向凹槽和多個沿所述傳動接頭的軸向間隔分布的環向凹槽。

其中，所述縱向凹槽和所述環向凹槽均為等截面凹槽。

其中，所述傳動接頭為鈦合金接頭。

其中，所述飛輪中環包括同軸設置的第一飛輪中環和第二飛輪中環，所述飛輪內環、所述第一飛輪中環、所述第二飛輪中環和所述飛輪外環之間的徑向間距相同。

其中，所述輻條與所述飛輪內環、所述飛輪中環和所述飛輪外環連接的交叉部均設置有倒角過渡段。

其中，所述泡沫芯材為PMI泡沫塑料。

本發明實施例還提供一種制造如上述所述的泡沫夾芯碳纖維飛輪的制造方法，包括：

將碳纖維復合材料按所述泡沫夾芯碳纖維飛輪的預設橫截面形狀沿所述泡沫夾芯碳纖維飛輪的高度方向連續鋪設至預設高度，在飛輪外環、飛輪中環和輻條處形成用于安裝泡沫芯材的凹槽；

在所述凹槽內安裝預制成型的所述泡沫芯材，繼續沿所述泡沫夾芯碳纖維飛輪的高度方向連續鋪設所述碳纖維復合材料；

待整體的鋪設厚度達到所述泡沫夾芯碳纖維飛輪的設計高度時，實施模壓一體成型工藝；

在所述飛輪外環的周向上均勻地安裝多個配重塊。