一种适用于径向肋天线的可折叠-充气展开支撑环及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种充气展开径向肋天线的支撑环及其制备方法，尤其涉及一种适用于径向肋天线的可折叠-充气展开支撑环及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的日新月异，在卫星通讯、对地观测、全球定位、宇宙探索等前沿领域，对于能够发射到外太空的大口径、高精度天线的需求越来越迫切。与此同时，由于目前运载设备的搭载空间有限，所以不得不要求天线在发射过程中的体积要小，重量要轻，为解决这一矛盾，能够研制出拥有高收纳率，同时又具备高可靠性和高精度的大型可展开天线已经成为世界范围内航天领域的一项关键技术。充气式展开径向肋天线具有重量轻、折叠体积小、便于运载的有点，并且在空间充气展开，实现接收无线信号的功能，在航天领域等广泛应用。其中充气展开径向肋天线的支撑环是一个重要的结构部件，其必须满足在地面可简单有效的折叠、充气展开后且具有一定的刚度，从而起到支撑径向肋板的作用。然而由于采用常规的树脂基复合材料制备的支撑环，其具有一定的刚度，因此在地面很难进行简单有效的折叠，从而影响充气展开径向肋天线的折叠体积及折叠效果。
【发明内容】
[0003]本发明是为了解决使用常规复合材料制备的径向肋天线的支撑环在地面存在不易折叠问题，使用普通的柔性材料入轨展开后支撑强度不够的问题，从而采用形状记忆树脂基复合材料制备充气展开径向肋天线的支撑环，提供了一种适用于径向肋天线的可折叠-充气展开支撑环及其制备方法。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0005]—种适用于径向肋天线的可折叠-充气展开支撑环，所述支撑环是由多节大小相同裁片经手工缝合连接而成的正24?72边形环状结构，支撑环从内到外依次为气密层内胆、电加热层和形状记忆复合材料承力层，其中:气密层内胆由聚酰亚胺薄膜制备而成，电加热层由两层聚酰亚胺薄膜中间S型排布加热丝制备而成，形状记忆复合材料承力层由形状记忆环氧树脂基复合材料制备而成。
[0006]—种适用于径向肋天线的可折叠-充气展开支撑环的制备方法，包括如下步骤:
[0007]—、单节裁片形状的设计和裁剪:根据实验所需单节缝合的圆柱裁片尺寸要求，采用三维设计软件将支撑环的每一节进行测量及展平，得出单个裁片的理论的构型曲线图及相应尺寸，长度L+2cm，宽度W+2cm。
[0008]二、电加热层的制备:采用两层聚酰亚胺薄膜中间S型等间距排布的电热丝。
[0009]三、形状记忆树脂胶料的配制:称取一定质量的环氧树脂E-51，计算出相应质量环氧树脂E-51所需的的固化剂用量，然后混合均匀，形成形状记忆树脂胶料；然后混合均匀，形成形状记忆树脂胶料。
[0010]四、形状记忆树脂基复合材料预浸布的制备:根据单节裁片的相应尺寸，裁剪出长度L+2cm、宽度W+2cm的纤维织布，采用2层纤维织布分别进行手涂成型制备出预浸布裁片，形状记忆树脂含量控制在35?50wt%。具体操作如下:首先将纤维织布平整的铺设在一层聚酰亚胺薄膜上，根据所需形状记忆树脂含量的百分比计算出所需的形状记忆树脂胶料的质量，倾倒在纤维织布上进行均匀的刷涂，紧接着在其上面在铺一层纤维织布，倾倒相同质量的形状记忆树脂胶料，进行均匀刷涂，最后将步骤二中制备出的电加热层铺设在上表面；按照相同的制备方法分别制备出其余单片预浸布裁片，进行编号。
[0011]五、气密层内胆的制备:裁剪长度L+2cm、宽度W+2cm的聚酰亚胺薄膜，进行编号，采用环保胶粘剂依次粘接并闭合粘接连接成正多边形环状，每单节环状内胆的直径为d =L/ ，并在编号均等分的单节环状内胆的底面连接一个充气口。
[0012]六、将步骤四全部制备的预浸布裁片，按照编号采用手工缝合的方式，首尾缝合成封闭开口环，在与内胆连接充气口相同编号的预浸布上分别裁出一个小孔，方便装入气密层的充气口。
[0013]七、将步骤五制备出的气密层内胆装入到步骤六中缝合好的预浸布开口环中，具体的操作方法如下:首先将缝合好的开口环平铺成圆形，先将气密层内胆中的充气口与外层预浸布开口环的小孔对应安装固定，然后依次在预浸布开口环的接缝处中间点涂上环保胶粘剂，分别向两侧粘接固定装入气密层内胆，并要求保持气密层粘缝处正好与预浸布开口环的接缝处对应粘接固定，装完气密层内胆后，在每节内胆与预浸布之间放置粉状润滑剂，完成气密层的安装，然后将预浸布开口环进行缝合封口。
[0014]八、将步骤七制备出的支撑环进行充气，形成由多个圆柱组成的正多边形环状支撑环，采用可调变压器进行加热，电压控制在225?250V，温度控制在60?70°C，固化5?6h，最终完成适用于径向肋天线的可折叠-充气展开支撑环的制备。
[0015]本发明制备的适用于径向肋天线的可折叠-充气展开支撑环采用形状记忆树脂基复合材料制备而成，相对于形状记忆合金制备的支撑环具有重量轻、折叠体积小的优点，相对于普通树脂基复合材料制备的支撑环而言具有可折叠的优点(普通的热固性树脂基复合材料不能在地面进行折叠)，同时充气展开后支撑环仍能保持一定的刚度，起到支撑天线肋板的作用。
【附图说明】
[0016]图1为制备的正多边形支撑环结构示意图；
[0017]图2为制备的适用于径向肋天线的可折叠-充气展开支撑环照片；
[0018]图3为正多边形支撑环的单节圆柱裁片的截面示意图；
[0019]图4为三维设计软件设计的单节圆柱裁片示意图；
[0020]图5为支撑环卷曲折叠的照片；
[0021]图中:1_形状记忆复合材料承力层，2-电加热层，3-气密层内胆。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
[0023]【具体实施方式】一:本实施方式的适用于径向肋天线的可折叠-充气展开支撑环采用24?72节大小相等裁片经手工缝合连接而成，最终形成正24?72边形环状支撑环，支撑环从内到外依次为气密层内胆、电加热层和形状记忆复合材料承力层，其中:气密层内胆由聚酰亚胺制备而成，电加热层为由两层聚酰亚胺薄膜中间S型排布的加热丝制备而成，形状记忆复合材料承力层由形状记忆环氧树脂基复合材料制备而成，具体的制备方法如下:
[0024]1、单节裁片形状的设计和裁剪:本实施方式的支撑环是由多节大小相同的裁片手工缝合连接而成的正24?72边形环状结构，因此根据实验所需单节缝合的圆柱裁片尺寸要求，采用三维设计软件将支撑环的每一节进行测量及展平，就可以得出单个裁片的理论的构型曲线图及相应尺寸，长度L+2cm，宽度W+2cm。
[0025]2、电加热层的制备:采用两层聚酰亚胺薄膜中间S型等间距排布的电热丝，间距为 10 ?15cm。
[0026]3、形状记忆树脂胶料的配制:称取一定质量的环氧树脂E-51，计算出相应质量环氧树脂E-51所需的的固化剂用量，然后混合均匀，形成树脂胶料。
[0027]4、形状记忆树脂基复合材料预浸布的制备:根据单节裁片的相应尺寸，裁剪出长度L+2cm，宽度W+2cm的纤维织布，采用2层纤维织布分别进行手涂成型制备出预浸布裁片，形状记忆树脂含量控制在35?50wt%。具体操作如下:首先将纤维织布平整的铺设在一层聚酰亚胺薄膜上，根据所需形状记忆树脂含量的百分比计算出所需的形状记忆树脂胶料的质量，倾倒在纤维织布上进行均匀的刷涂，紧接着在其上面在铺一层纤维织布，倾倒相同质量的形状记忆树脂胶料，进行均匀刷涂，最后将上述步骤2中制备出的电加热层铺设在上表面。按照相同的制备方法分别制备出其余单片预浸布裁片，进行编号。
[0028]5、气密层内胆的制备:裁剪长度L+2cm、宽度W+2cm的聚酰亚胺薄膜，进行编号，采用环保胶粘剂依次粘接并闭合粘接连接成正多边形环状，每单节环状内胆的直径为d = L/η，并在编号均等分的单节环状内胆的底面连接一个充气口。