轻型复合材料整体桁架结构研制技术.pdf

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1、轻型复合材料整体桁架结构研制技术殷永霞张芳谭放(北京空间机电研究所，北京100076)摘要：研究了一种新型轻质碳纤维复合材料整体桁架结构形式及其成型方法，介绍了采用水溶性芯模技术并使用真空袋热压罐成型方式制备轻型田字形碳纤维复合材料整体桁架结构件的工艺路线牙口产品成型效果。结果表明：采用水溶性芯模制备轻型复合材料整体桁架结构质量良好，各项技术指标满足设计使用要求。为整体框架的研制提供一种崭新的思路和方法的同时，极大地缩短了框架结构的研制工艺流程，提高了其整体性能。关键词：水溶性芯模；轻型；碳纤维复合材料；整体桁架结构DeVelopmentT

2、eclul0109yofLigh铆ei曲tConlpositeTrussS仃uctureYin1YbngxiaZhangFang’I抽Fang(BeijingInstituteofSpaceMechanicsaIldE1ectrici吼Beijing100076)Abstract：Thepaperstudiedanewt)，peoflightweightcarbonfibercompositetrIlsss仇lcturesanditsfomingmethod，andintroducedtheprocessrouteandproductfor

3、mingefrectofthelightshapeofcarbonfibercompositetnlsssmlctllreusingthewatersolublecoretecllIlologyandt11eVacu啪bagautoclaVemolding．Theresultsshowtllat：thequal时oflightwholecompositetrusss仃ucturepreparedbywatersolublecoremoldwaswell，aIldV撕ollstechnicalinllicatorsmeetⅡ1edesignr

4、equirements．ItpmVidedanewthoughtandmethodforthedeVel叩mentofwholetnlsssmlcture，whichcangreatlyshortenⅡledeVelopmentpmcessandimpmVetheoVerallperfomance．1(eywords：watersolublecore；ligh似eight；carbonfibercompositematerials；whole仃usss仃uctIlre1引言卫星系统减重是当今世界各国在航天领域普遍遇到的一个技术难题[1~4】

5、。桁架结构作为航天器结构有效地减轻了系统的重量，且具有许多其它的优异性能：a．净空间值高；b．在空间容易展开或装配；c．空间性能优良，适合应用在大跨甚至超大跨结构中；d．桁架结构是高次超静定结构，具有承受多向受力的性能，其刚度和整体性较好，能有效地承受集中荷载、非对称荷载和各种动力荷载。另外，碳纤维增强树脂基复合材料桁架可以通过结构设计让其热膨胀系数接近于零，由其做成的航天器结构具有很好的空间热稳定性。这些优良性能使桁架结构成为发展最快的一种空间结构形式，广泛地应用于航天器的主承力结构、刚性支撑结构、空间可展开结构和机构及大跨度范围的刚性连

6、接结构中。在国外，大型桁架结构在新一代大容量通讯卫星、中继卫星、电子侦察卫星、航天飞机和空问站等航天器上已得到了广泛应用，大幅度提高了这些飞行器的空间性能。在国内，复合材料多向接头的成型制造技术还处于研制阶段水平，成型工艺的手段较单一，自动化水平较低，复杂结构大多采用手工工艺成型，存在生产效率较低、质量不太稳定、材料利用率相对低、制造周期比较长、制造费用高等缺点。在结构设计中，为了减轻结构的重量和提高结构的效率，复合材料结构部件的发展方向是力求实现结作者简介：殷永霞(1977～)，高级工程师，复合材料专业；研究方向：树脂基复合材料成型工艺研

7、究。收稿日期：2014_05一19构的整体性，不用或少用连接，但受限于传统金属模具脱模工序的需求，整体框架的研制基本无法实现。为了满足这一设计要求，本文采用一种新型的水溶性芯模材料成功研制出一种轻型碳纤维复合材料田字型整体桁架结构，为整体框架的研制提供了一种崭新的思路和方法。2田字型复合材料整体桁架结构设计基于上述航天器结构设计的理念，力求在不影响其空间性能的同时减轻结构的重量和提高结构的效率。本文设计中避开了形式复杂、制作繁琐的接头，设计了一个轻型田字形整体空心桁架结构，外形尺寸为302Inm×302mm×32衄，其中梁的高度和宽度都为3

8、2mm，壁厚l衄。具体结构如图1所示。3工艺方案图3．1材料选择碳纤维增强树脂复合材料具有很高的比强度和比刚度，性能优异，且工艺成熟，是航天器结构中应用最多的复合材料，因此本文根