[發(fā)明專利]空間飛行器整體框架

有效

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• 申請日: 1997-08-04
• 公開（公告）號: CN1092589C
• 公開（公告）日: 2002-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 詹姆斯·Ｏ·卡帕;哈里·Ｗ·杜爾斯奇
• 申請（專利權(quán)）人: 波音公司
• 主分類號: B64G1/10
• 分類號: B64G1/10
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 李曉舒

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)，更具體地說，涉及空間飛行器的結(jié)構(gòu)。

人造衛(wèi)星和小型空間飛行器一般具有框架(也稱為bus)，其上裝載有效載荷，空間飛行器設(shè)備和噴推裝置，框架一般包括一系列連接的平板，并由多個復(fù)雜的配件，縱向桁條和橫向拉桿支撐。該平板一般連接成六角形、八角形或其他對稱形狀。框架、頂部艙板和底部艙板組成空間飛行器結(jié)構(gòu)的外殼。

當(dāng)發(fā)射時，空間飛行器框架一般要受許多力的作用，這一般是聲振(vibroacoustic)和振動載荷綜合作用的結(jié)果。為適應(yīng)這些發(fā)射環(huán)境條件，最好將各部件或框架構(gòu)件之間的接頭數(shù)量減至最少。以往因為結(jié)構(gòu)上和力學(xué)支撐上的要求，去消或減少接頭數(shù)目是困難的。例如，因為框架板必須承受擠壓和剪切載荷，它們常由加強肋板支撐，以防止彎曲。剛性肋板是由螺栓、焊接或其他公知方法固定到板上。金屬縱向桁條和橫向拉桿也是用機械方法固定到板上。其結(jié)果是接頭很多。在確定空間飛行器的結(jié)構(gòu)的“效率”時，接頭數(shù)目是要考慮的一個因素。在空間飛行器的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析時，一般采用20％-25％的拆分因數(shù)來分析空間飛行器的各固有頻率，故連接效率低。

空間飛行器制造者尋求將框架的重量減至最低，以將大部分空間飛行器的重量可分配給有效載荷。除重量輕之外，框架應(yīng)可以導(dǎo)熱，更具體說來，因為很多產(chǎn)生熱的電氣部件和空間飛行器設(shè)備直接安裝到框架上，框架主體起著散熱片的作用，以使這些部件散發(fā)熱量，否則必須由某種其它方式散熱，這會增加重量，為了滿足導(dǎo)熱要求，現(xiàn)有技術(shù)的空間飛行器框架的主要構(gòu)件由鋁制成。鋁具有較高導(dǎo)熱系數(shù)，重量較輕。但盡管它們是鋁制結(jié)構(gòu)的，但因為有很多組件、配件、加強構(gòu)件，現(xiàn)有技術(shù)的空間飛行器框架常常龐大、笨重且難于使用。

一些空間飛行器制造者企圖通過用纖維復(fù)合材料件代替鋁制框架構(gòu)件來解決重量和體積大的問題。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，使用復(fù)合材料的框架并不令人滿意，因為如用鋁制結(jié)構(gòu)一樣，采用的部件很多。而且，由于各個部件的纖維方向不一致，導(dǎo)熱性降低。

因此，需要一種效果更好易于生產(chǎn)的空間飛行器框架。最好，該框架重量輕，且比現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的空間飛行器框架包含的部件少，而且應(yīng)是導(dǎo)熱的。

本發(fā)明通過提供一空間飛行器整體框架解決了上述許多問題。該空間飛行器框架是由纖維復(fù)合材料薄板覆蓋一個夾芯而成。該夾芯最好是由鋁制成，截面呈蜂窩狀。該框架具有裝載有效載荷、空間飛行器設(shè)備和噴推裝置的結(jié)構(gòu)。通過改變夾芯密度或壁厚，框架在局部可得到加強，以便抵抗集中載荷或局部載荷。因此，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的空間飛行器框架比現(xiàn)有技術(shù)具有若干優(yōu)點，包括：部件數(shù)目減少；因為部件接頭較少更易于組裝以及有效載荷運載能力較大；重量較輕。

特別說明的是，本發(fā)明提供一種空間飛行器框架，它具有呈空間飛行器外殼形狀的夾芯；在聚合物基料中包含纖維的并蓋住夾芯內(nèi)側(cè)的第一復(fù)合材料層；在聚合物基料中包含纖維的并蓋住夾芯外側(cè)的第二復(fù)合材料層。夾芯為蜂窩狀結(jié)構(gòu)，是由依框架形狀成形的一整體鋁板制成。而且，第一和第二復(fù)合材料層是基本連續(xù)的，即它們不含接縫。

在一示范性實施例中，第一和第二復(fù)合材料層的聚合物基料中具有氰酸鹽酯。另一個實施例中用環(huán)氧樹酯為基料。最好第一和第二復(fù)合材料層纖維中包含大約是第一和第二復(fù)合材料層體積的53-55％的高模量石墨。夾芯可以具有局部加厚的壁以支撐較高載荷，或者，在特定區(qū)域具有較密的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還提供一制造框架的方法，框架形成一內(nèi)壁和一外壁，該方法包括如下步驟：設(shè)置一心架，其外部輪廓基本上是框架內(nèi)壁的形狀和大小；將由聚合物基料中包括纖維的復(fù)合材料形成的第一預(yù)浸漬板鋪設(shè)到心架外部輪廓上；將夾芯裝到第一預(yù)浸漬薄板上；將由聚合物基料中包含纖維的復(fù)合材料制成的第二預(yù)浸漬板裝到夾芯外部；在高壓罐(autoclave)中固化第一和第二預(yù)浸漬板；除去心架。

實施這些步驟的示范性方法包括：在裝上夾芯之前借助真空使第一浸漬板壓實(compacting)，并且在固化步驟之前用真空使第二預(yù)浸漬板壓實，對于第一和第二預(yù)浸漬板還可以鋪設(shè)附加敷層，并且，最好這些敷層每一層都分別壓實。

通過以下結(jié)合附圖進行的詳細說明，本發(fā)明上述方面和許多伴隨的優(yōu)點會更易于理解，其中：

圖1是具有本發(fā)明框架的人造衛(wèi)星透視圖；

圖2是圖1所示衛(wèi)星框架的分解透視圖，還示出了相關(guān)部件；

圖3是圖2框架的夾芯和面板的詳細剖視圖；

圖4是制造本發(fā)明六側(cè)面框架的鋁制心架的局部剖開后的側(cè)向透視圖，在示出的部分組裝狀態(tài)的框架中，第一預(yù)浸漬板、柔性覆蓋板和玻璃纖維通氣管裝到心架外表面，準備好進行真空壓實；