一种星载空间晶体阵列探测器的保护结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航天技术领域，具体为一种星载空间晶体阵列探测器的保护结构。
【背景技术】
[0002]空间探测宇宙线粒子越来越面临如下几个方面的挑战:需要探测极高的能量、宽广的动态范围，并面临空间环境所带的特殊需求如重量、体积等要求。空间探测宇宙线粒子，物理上应尽可能的采用质量小、密度较小的结构件材料，但国内以往的探测器如Χ/γ射线谱仪等基本都是搭载，载荷尺寸较小，通常都是使用硬铝合金材料作为结构件首选材料。国内空间探测自2000年以后也开始越来越大规模的使用非金属作为结构件材料，典型如碳纤维材料，但基本都是用于卫星本身的支撑结构。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中的存在的问题，本发明的技术目的是提供一种新型的晶体阵列探测器保护结构，满足空间探测的特殊环境要求。
[0004]为实现上述技术目的，本发明公开的技术方案为:
一种星载空间晶体阵列探测器的保护结构，其特征在于，包括底座以及固定在底座上方的框型承力结构、箱型主结构:
所述框型承力结构包括多个立柱和连接相邻立柱的横梁；
所述箱型主结构设置在框型承力结构立柱与横梁合围构成的框体内，箱型主结构由多个单层箱体在竖向上叠加构成，上、下相邻单层箱体呈正交状摆放，且端部交替错开，使奇数层相邻单层箱体或偶数层相邻单层箱体的端部之间形成卡入所述横梁的槽体，所述单层箱体内设有多条并行的用于安装探测器晶体的方型管腔。
[0005]在上述内容的基础上，进一步改进的技术方案还包括:
作为优选，所述单层箱体、立柱、横梁为非金属纤维增强材料，如碳纤维增强复合材料等，以减少空间晶体阵列周围的金属结构，降低因金属结构带来的次级粒子干扰，并降低重量。
[0006]所述方型管腔的尺寸大于单根晶体的尺寸，其与单根晶体宽、高尺寸差为0.8?2_，相邻方型管腔之间的间隔亦为0.8?2_。单层箱体的方型管腔长于晶体本身长度，这样可以在晶体两端耦合光电读出器件，互为耦合备份，为解决空间探测晶体阵列设计双端光电读出冗余备份的问题提供安装空间。
[0007]所述横梁内设有预埋件，所述预埋件上设有螺纹孔，横梁对准预埋件螺纹孔的位置设有对应的通孔，考虑到螺纹通孔的加工可能会引入大量材料肩，所述预埋件上的螺纹孔均设计为盲孔。所述预埋件可进一步设为中部设有空腔的“回”字形预埋件。
[0008]所述底座内部设有蜂窝结构，所述蜂窝结构包括蜂窝芯、蜂窝顶部蒙皮、蜂窝底部蒙皮，所述蜂窝结构的上方设有一加强板，上述蒙皮和加强板均为碳纤维或碳纤维增强复合材料。所述蜂窝底部蒙皮的下方可增设一层铝蒙皮，所述蜂窝芯优选采用铝合金材料制成。
[0009]为保障强刚度要求，所述蜂窝结构内部还设有加强梁，所述加强梁包括四根合围拼成矩形框的框架和位于所述矩形框内的X型支撑梁。
[0010]位于框型承力结构四角的立柱底端设有预埋件，所述预埋件位于底座的蜂窝结构内，利用预埋件侧面榫头将各框架和X型支撑梁连接起来，预埋件上部的榫头穿过蜂窝顶部蒙皮与立柱连接。
[0011]所述框架、X型支撑梁内设有预埋件，所述预埋件为中部设有两个上下叠置空腔的“日”字型预埋件，所述预埋件上设有用于与外部连接的接口，框架、X型支撑梁对应所述接口的位置设有通孔。
[0012]本发明用于空间晶体阵列探测器的安装与定位，为空间粒子能量大动态范围测量的难题提供解决可能，使得安装有晶体阵列的探测器能够通过空间力学环境的考核，使其满足发射环境需求，且结构设计新颖，易于实现。
【附图说明】
[0013]图1为本发明一实施例的整体结构示意图；
图2为箱型主结构的结构示意图；
图3为单层箱体的结构示意图；
图4为框型承力结构横梁的结构示意图；
图5为框型承力结构立柱的结构示意图；
图6为立柱的局部放大结构示意图；
图7为框型承力结构的结构示意图；
图8为“回”字型预埋件的结构示意图；
图9为立柱顶端预埋件的结构示意图；
图10为立柱底端预埋件的结构示意图一；
图11为立柱底端预埋件的结构示意图二 ；
图12底座的结构不意图；
图13为X型支撑梁结构示意图；
图14为框架的结构示意图；
图15为“日”字型预埋件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
[0015]如图1所述的一种星载空间晶体阵列探测器的保护结构，按结构功能主要分为三大部分，分别为框型承力结构1、箱型主结构2、底座3。
[0016]所述箱型主结构2由多个上下叠加并胶接的矩形单层箱体201构成，相邻单层箱体201之间按照正交的方式摆放排列，且端部交替错开，使奇数层相邻单层箱体或偶数层相邻单层箱体的端部之间形成卡入框型承力结构I横梁的槽体207。每层单层箱体201内设有多条并行的用于安装探测器晶体的方型管腔，如图1至图3所示，所述单层箱体201为碳纤维增强复合材料(CFRP)，例如M55J/AG80材料等。
[0017]箱型主结构2层数和每层方型管腔的数量根据物理设计需求变化，一般而言，所述方型管腔内壁尺寸应略大于单根晶体的尺寸，取0.8?2mm为宜，管腔之间的间隔也是如此，过小不利于晶体的固定，过大则会因为相邻晶体间隙影响探测；层与层之间的间隔也不应过大或过小，过大影响产品的包络尺寸，也会在一定程度上影响探测，过小则会对结构的强度造成不利影响。在本实施例中，箱型主结构2由14个单层箱体201顺次正交叠摞放置后形成，如图2所示，相邻单层箱体201之间通过胶接固定，每层有22条并行的方形管腔(单个管腔内壁尺寸26*26mm2，长度700mm，管腔横截面宽、高尺寸公差不超过0.1mm的正差)，相邻方形管腔的间隔优选为1.5mm，上下层管腔之间的间隔优选设为3mm。单层箱体201可以由相应数量的单管并行胶接形成，也可以根据需要将单层直接整体成型。无论何种方式，管腔与管腔之间的间隙应保证在相应的公差范围，不允许累积。
[0018]所述箱型主结构2为空间晶体的阵列提供安装与定位，从而解决空间大动态范围粒子能量测量的难题。放置晶体的方型管腔长度应长于晶体本身，这样为设置在晶体两端的光电读出器件(光电倍增管，后称PMT)及其保护套筒提供安装位置。同时因为晶体阵列有效探测面积内，全部为碳纤维胶接结构，并未引入任何金属物质，减少空间晶体阵列周围的金属结构，降低因金属结构带来次级粒子的干扰。
[0019]如图1、图4、图7所示，框型承力结构I主要由若干CFRP管状横梁102和位于单层箱体201四角的CFRP管状立柱101胶接组成，所述横梁102的外部尺寸设为38mmX29mmX624mm,管壁厚4mm ;立柱101的主体截面外部尺寸为38mmX38mm，管壁厚4mm。四根立柱101的两侧均设计有榫头结构，管壁厚2mm，用于与横梁102胶接形成如图7所示的承力框体。所述框型承力框架结构I用于支撑箱型主结构，进行力的传递，分解BGO晶体重量到单层横梁、并通过预埋件为PMT保护套筒提供螺钉紧固位置。
[0020]横梁102的内部设置2A12铝合金结构预埋件，提供连接外部的螺纹，用作外部接口，预埋件设计成“回”型，包括如图8所示的三种类型，也可以作为横梁