[發明專利]一種碳纖維復合材料桁架肋及其制備方法

有效

• 申請號: 202110215114.8
• 申請日: 2021-02-25
• 公開（公告）號: CN112849436B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 孫天峰;武海生;劉少鋒;檀傈錳;徐挺;吳躍民;田桂芝;劉佳;盛超;黎昱;陳維強;張所來;白銀海;徐強;采勃;江新正;徐昀鑫;李艷杰;白金良;龍飛;紀然;王征;王中;謝靜文;季平;陳浩;朱成明;張金山
• 申請（專利權）人: 北京衛星制造廠有限公司
• 主分類號: B64G1/44
• 分類號: B64G1/44;H02S30/10;B29C70/38;B29C70/22;B29C70/34;B29C70/54
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

本發明公開了一種碳纖維復合材料桁架肋及其制備方法，該碳纖維復合材料桁架肋為鏤空網格狀、長條板狀結構，碳纖維復合材料桁架肋的外圍為周向筋，內部設置有若干個內支撐筋和若干個過渡筋；周向筋為一矩形空腔結構；若干個內支撐筋在周向筋的矩形空腔結內呈+45°、?45°、+45°、?45°···交替設置，形成若干個網格；兩個相鄰內支撐筋之間通過過渡筋連接；其中，過渡筋與周向筋相接合。本發明旨在解決層合板肋、蜂窩夾層肋等常規復合材料結構不能達到航天器太陽翼陣面支撐骨架大尺寸、薄壁厚、輕量化、高承載要求的難題。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，尤其涉及一種碳纖維復合材料桁架肋及其制備方法。

背景技術

航天器圓形太陽翼是一種大型的可展開、收攏的傘狀機構，支撐肋是航天器圓形太陽翼重要組成部分，用于太陽翼陣面的支撐。

現有支撐肋采用碳纖維復合材料制備，有蜂窩夾層結構、纏繞管結構、層合結構等多種結構形式，這些結構形式主要存在以下問題：(1)蜂窩夾層結構的支撐肋由上蒙皮、蜂窩芯、下蒙皮膠接復合而成，受蜂窩芯高度的制約，難以將結構整體厚度降低至3mm以內；(2)纏繞管結構的支撐肋采用纖維纏繞工藝成型，該支撐肋所需的纏繞芯模為外徑小于3mm、長度大于4.5m的大細長比結構，其成型直線度以及結構剛度不能滿足要求；(3)層合結構的支撐肋由不同鋪層角度的預浸料層層鋪疊成型，再采用機械加工方法加工其外形及肋內輪廓，該支撐肋含多種預浸料鋪層角度，肋內機加后碳纖維被切斷，無法保持連續，降低了纖維強度發揮，導致該結構承載效率較低，不能滿足輕量化要求。

進一步的，常用的復合材料成型工藝有手工鋪層、自動纏繞等，這些成型工藝主要存在以下問題：(1)手工鋪層可根據承載力方向設定纖維角度，具有鋪放靈活的優點，但人工操作的纖維角度精度差、成型效率低、鋪放過程工藝參數不能量化等缺點；(2)自動纏繞工藝不能規避網格結構成型時不同筋條相互交叉導致造成網格交叉節點處與非交叉節點處的厚度不同，影響結構性能。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種碳纖維復合材料桁架肋及其制備方法，旨在解決層合板肋、蜂窩夾層肋等常規復合材料結構不能達到航天器太陽翼陣面支撐骨架大尺寸、薄壁厚、輕量化、高承載要求的難題。

為了解決上述技術問題，本發明公開了一種碳纖維復合材料桁架肋，碳纖維復合材料桁架肋為鏤空網格狀、長條板狀結構，碳纖維復合材料桁架肋的外圍為周向筋，內部設置有若干個內支撐筋和若干個過渡筋；

周向筋為一矩形空腔結構；

若干個內支撐筋在周向筋的矩形空腔結內呈+45°、-45°、+45°、-45°···交替設置，形成若干個網格；

兩個相鄰內支撐筋之間通過過渡筋連接；其中，過渡筋與周向筋相接合。

在上述碳纖維復合材料桁架肋中，若干個內支撐筋±45°交替設置形成的若干個網格的密度沿碳纖維復合材料桁架肋的長度方向逐漸降低、幅寬逐漸收窄。

在上述碳纖維復合材料桁架肋中，若干個碳纖維復合材料桁架肋呈輻射狀設置，作為航天器圓形太陽翼的支撐骨架。

在上述碳纖維復合材料桁架肋中，碳纖維復合材料桁架肋的長度為4500mm，碳纖維復合材料桁架肋的厚度為3mm。

在上述碳纖維復合材料桁架肋中，周向筋、內支撐筋和過渡筋的寬度均為3mm。

相應的，本發明還公開了一種碳纖維復合材料桁架肋的制備方法，包括：

將外圍限位單元塊和內嵌限位單元塊安裝在平面鋪層模具上，形成可供預浸窄帶鋪層的網格溝槽；其中，網格溝槽與待制備的碳纖維復合材料桁架肋的構型一致；

采用自動鋪絲工藝成型，由纖維復合材料自動鋪絲機的鋪絲頭按照自動鋪放路徑將預浸窄帶鋪層、預壓于模具溝槽內；