专利名称：索网蒙皮承力材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及蒙皮承力材料。
背景技术：
目前，现有平流层飞艇等充气结构存在重量大、承载能力低、内部不能承受高压并且形状不容易控制等问题。导致平流层飞艇的载重和工作高度受到限制。随着航空航天和深空探测等空间应用的迅猛发展，对轻量化可展开空间结构的需求越来越迫切。平流层飞艇需要在高空飞行，因此要求重量轻并且其承受的内压达到充气结构的保形效果。
发明内容
本发明要解决现有的平流层飞艇等充气结构所使用的蒙皮承力材料重量大，承载能力低，内部不能承受高压并且形状不容易控制等问题，而提出的索网蒙皮承力材料。本发明的索网蒙皮承力材料包括膜层、索网层和胶带层，所述索网层设置于膜层上，胶带层设置于索网层上，形成膜层-索网层-胶带层结构，膜层和索网层通过胶带层粘接，所述索网层由纤维丝束编织而成。本发明的另一种索网蒙皮承力材料包括膜层和索网层，所述索网层设置于膜层上，形成膜层-索网层结构，所述索网层由浸泡过树脂胶的纤维丝束编织而成，膜层和索网层通过树脂胶粘接。本发明的索网蒙皮承力材料具有轻量化的特点，刚度大承载能力强，可以承载更大的有效载荷，其等效弹性模量比同厚度的薄膜大。作为柔性复合材料，能够满足构型要求高的飞行器，还可以进行高效折叠而几乎不损失力学性能。此外，限于平流层飞艇对内部压力的要求，使得蒙皮材料有较大的强度。这种高强超轻的索网蒙皮承力材料的使用可以降低对平流层飞艇蒙皮材料的强度要求。索网结构可以进行优化组网设计，特别可以根据需求情况设计成各向同性或单向性能优异的结构。与AGS(等格栅结构)不同，本发明是柔性纤维丝束增强柔性基体膜材料，特别可以满足大尺度结构高效折叠要求；本发明使用高强纤维丝束增强基体膜材料，可以通过纤维丝束控制柔性膜材料的大变形情况，特别可以满足机翼形状稳定性要求，对于空间飞行器在不增加太多重量的情况下，可以显著提高承载效率，有利于形成一类新型的超轻质高强度柔性复合材料，满足大尺度结构对重量的要求。本发明的轻质索网蒙皮承力材料可以作为平流层飞艇的一种超轻蒙皮，极大地减轻平流层飞艇的重量；表面的纤维丝束可以增加平流层飞艇的刚度和承载力，而且通过控制纤维丝束的间距可以减小充气后平流层飞艇蒙皮外表面的曲率半径，从而增大平流层飞艇的充气压力；并且可以保持平流层飞艇充气后的形状与理论要求的形状接近，满足构型要求。本发明的轻质索网蒙皮承力材料制作充气机翼，可以满足机翼复杂的构型要求，可以在机翼内部充高压，使机翼重量降低。本发明的轻质索网蒙皮承力材料做高空气球的蒙皮，同样可以使气球打高压,从而飞到更高的高度。纤维丝束的使用可以使气球保持球形稳定飞行。本发明的轻质索网蒙皮承力材料作为充气天线环的表面材料，可以很好地保持充气天线工作状态的形面精度，对结构及其与电性能匹配设计具有非常重要的意义。本发明的索网蒙皮承力材料可用于航空航天等领域，尤其适用于大尺寸航空宇航器外表面。
图I是实施例一的索网蒙皮承力材料的结构示意图，其中9是膜层、10是索网层、11是胶带层；图2是实施例二的索网蒙皮承力材料的结构示意图，其中9是膜层、10是索网层、11是胶带层、12是第二膜层；图3是实施例三的索网蒙皮承力材料的结构示意图，其中9是膜层、10是索网层；图4是实施例四的索网蒙皮承力材料的结构示意图，其中9是膜层、10是索网层、12是第二膜层；图5是实施例一的索网层的编织结构示意图，其中I是第一纤维丝束、2是第二纤维丝束；图6是实施例二的索网层的编织结构示意图，其中3是第三纤维丝束、4是第四纤维丝束；图7是实施例三的索网层的编织结构示意图，其中5是第五纤维丝束；图8是实施例四的索网层的编织结构示意图，其中6是第六纤维丝束；图9是实施例五的索网层的编织结构示意图，其中I是第一纤维丝束、7是第七纤维丝束、8是第八纤维丝束；图10是实施例六的索网层的编织结构示意图，其中I是第一纤维丝束、7是第七纤维丝束、8是第八纤维丝束；图11是单元结构1-1示意图；图12是单元结构2-1示意图；图13是单元结构3-1示意图；图14是单元结构5-1示意图；图15是单元结构6-1示意图。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式
，还包括各具体实施方式
之间的任意组合。具体实施方式
一本实施方式索网蒙皮承力材料包括膜层9、索网层10和胶带层11，所述索网层10设置于膜层9上，胶带层11设置于索网层10上，形成膜层-索网层-胶带层结构，膜层9和索网层10通过胶带层11粘接，所述索网层10由纤维丝束编织而成。
本实施方式的索网蒙皮承力材料具有轻量化的特点，刚度大承载能力强，可以承载更大的有效载荷，其等效弹性模量比同厚度的薄膜大。作为柔性复合材料，能够满足构型要求高的飞行器，还可以进行高效折叠而几乎不损失力学性能。此外，限于平流层飞艇对内部压力的要求，使得蒙皮材料有较大的强度。这种高强超轻的索网蒙皮承力材料的使用可以降低对平流层飞艇蒙皮材料的强度要求。索网结构可以进行优化组网设计，特别可以根据需求情况设计成各向同性或单向性能优异的结构。与AGS(等格栅结构)不同，本发明是柔性纤维丝束增强柔性基体膜材料，特别可以满足大尺度结构高效折叠要求；本发明使用高强纤维丝束增强基体膜材料，可以通过纤维丝束控制柔性膜材料的大变形情况，特别可以满足机翼形状稳定性要求，对于空间飞行器在不增加太多重量的情况下，可以显著提高承载效率，有利于形成一类新型的超轻质高强度柔性复合材料，满足大尺度结构对重量的要求。具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是索网蒙皮承力材料还包括第二膜层12，所述第二膜层12设置于胶带层11上，形成膜层-索网层-胶带层-膜层结构，第二膜层12和胶带层11通过环氧树脂胶粘接。其它与具体实施方式
一相同。具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是所 述膜层为厚度为60 IOOum的聚氨基甲酸酯膜(又称膜、聚氨酯膜)、聚酯膜(又称聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、PET膜)或聚酰亚胺膜。其它与具体实施方式
一或二相同。具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是所述纤维丝束为Kevlar纤维、聚对苯撑苯并双恶唑纤维(又称PBO纤维、Poly-p-phenylenebenzobisthiazole纤维)或Vectran纤维。其它与具体实施方式
一至三之一相同。具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是所述胶带层为聚酯胶带。其它与具体实施方式
一至四之一相同。具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是所述索网层有以下六种编织结构之一编织结构一水平方向上的第一纤维丝束(I)和垂直方向上的第二纤维丝束(2)，交替正交编织，形成单元结构(1-1)依次排列的编织结构，所述单元结构(1-1)为正方形，正方形的边长为a ；编织结构二在编织结构一的基础上，设置与水平方向成+45°的第三纤维丝束
(3)和与水平方向成-45°第四纤维丝束(4)，第三纤维丝束(3)通过第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)的交点，在交点处第三纤维丝束(3)位于第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)之间，第四纤维丝束(4)通过第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)的交点，在交点处第四纤维丝束(4)位于第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)之间，形成单元结构(2-1)和单元结构(1-1)交替排列的编织结构，所述单元结构(2-1)为带有两条对角线的正方形，其中在第三纤维丝束(3)和第四纤维丝束(4)的交点处，第三纤维丝束(3)位于第四纤维丝束(4)的上方；相邻第三纤维丝束(3)之间的距离为V^a，相邻第四纤维丝束(4)之间的距离为V^a;编织结构三在编织结构二的基础上，设置与水平方向成+45°的第五纤维丝束
(5)，第五纤维丝束(5)通过第一纤维丝束(I)、第二纤维丝束(2)和第四纤维丝束(4)的交点，在交点处位于第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)之间、第四纤维丝束(4)的下方，形成单元结构(2-1)和单元结构(3-1)交替排列的编织结构；所述单元结构(3-1)为带有一条与水平方向成+45°对角线的正方形；编织结构四在编织结构三的基础上，设置与水平方向成-45°的第六纤维丝束(6)，第六纤维丝束(6)通过第一纤维丝束(I)、第二纤维丝束(2)和第三纤维丝束(3)的交点，在交点处位于第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)之间、第三纤维丝束(3)的下方，形成单元结构(2-1)依次排列的编织结构；其中在第五纤维丝束(5)和第六纤维丝束(6)的交点处，第五纤维丝束(5)位于第六纤维丝束￠)的上方；编织结构五与水平方向成+60°的第七纤维丝束(7)和与水平方向成-60°的第八纤维 丝束(8)交替编织，水平方向上的第一纤维丝束(I)通过第七纤维丝束(7)和第八纤维丝束(8)的交点，三条纤维丝束在水平方向上的交点处，第一纤维丝束(I)交替设置于第七纤维丝束(7)和第八纤维丝束(8)的上方或下方，形成单元结构(5-1)依次排列的编织结构，所述单元结构(5-1)为带有一条对角线的平行四边形，平行四边形的锐角为60°，对角线为两钝角的对角线；编织结构六与水平方向成+60°的第七纤维丝束(7)和与水平方向成-60°的第八纤维丝束(8)交替编织，然后，水平方向上的第一纤维丝束(I)再依次与第七纤维丝束
(7)和第八纤维丝束(8)交替编织，纤维丝束两两相交，形成单元结构(6-1)依次排列的编织结构，所述单元结构(6-1)为被两条与水平方向成-60°的线分割为三部分的平行四边形，平行四边形的锐角为60°，平行四边形被分割为两个三角形和一个六边形。 其它与具体实施方式
一至五之一相同。本实施方式中，a的范围可以根据不同的强度和重量要求而进行优化设计。具体实施方式
七本实施方式索网蒙皮承力材料包括膜层9和索网层10，所述索网层10设置于膜层9上，形成膜层-索网层结构，所述索网层10由浸泡过环氧树脂胶的纤维丝束编织而成，膜层9和索网层10通过环氧树脂胶粘接。本实施方式的索网蒙皮承力材料具有轻量化的特点，刚度大承载能力强，可以承载更大的有效载荷，其等效弹性模量比同厚度的薄膜大。作为柔性复合材料，能够满足构型要求高的飞行器，还可以进行高效折叠而几乎不损失力学性能。此外，限于平流层飞艇对内部压力的要求，使得蒙皮材料有较大的强度。这种高强超轻的索网蒙皮承力材料的使用可以降低对平流层飞艇蒙皮材料的强度要求。索网结构可以进行优化组网设计，特别可以根据需求情况设计成各向同性或单向性能优异的结构。与AGS(等格栅结构)不同，本发明是柔性纤维丝束增强柔性基体膜材料，特别可以满足大尺度结构高效折叠要求；本发明使用高强纤维丝束增强基体膜材料，可以通过纤维丝束控制柔性膜材料的大变形情况，特别可以满足机翼形状稳定性要求，对于空间飞行器在不增加太多重量的情况下，可以显著提高承载效率，有利于形成一类新型的超轻质高强度柔性复合材料，满足大尺度结构对重量的要求。具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
七不同的是索网蒙皮承力材料还包括第二膜层12，所述第二膜层12设置于索网层10上，形成膜层-索网层-膜层结构，第二膜层12和索网层10通过环氧树脂胶粘接。其它与具体实施方式
七相同。具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
七或八不同的是所述膜为厚度为60 IOOum的聚氨基甲酸酯膜、聚酯膜或聚酰亚胺膜；所述纤维丝束为Kevlar纤维、聚对苯撑苯并双恶唑纤维或Vectran纤维。其它与具体实施方式
七或八相同。具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
七至九之一不同的是所述索网层有以下六种编织结构之一
编织结构一水平方向上的第一纤维丝束(I)和垂直方向上的第二纤维丝束(2)，交替正交编织，形成单元结构(1-1)依次排列的编织结构，所述单元结构(1-1)为正方形，正方形的边长为a ；编织结构二在编织结构一的基础上，设置与水平方向成+45°的第三纤维丝束
(3)和与水平方向成-45°第四纤维丝束(4)，第三纤维丝束(3)通过第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)的交点，在交点处第三纤维丝束(3)位于第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)之间，第四纤维丝束(4)通过第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)的交点，在交点处第四纤维丝束(4)位于第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)之间，形成单元结构(2-1)和单元结构(1-1)交替排列的编织结构，所述单元结构(2-1)为带有两条对角线的正方形，其中在第三纤维丝束(3)和第四纤维丝束(4)的交点处，第三纤维丝束(3)位于第四纤维丝束(4)的上方；相邻第三纤维丝束(3)之间的距离为V^a，相邻第四纤维丝束(4)之间的距离为V^a;编织结构三在编织结构二的基础上，设置与水平方向成+45°的第五纤维丝束
(5)，第五纤维丝束(5)通过第一纤维丝束(I)、第二纤维丝束(2)和第四纤维丝束(4)的交点，在交点处位于第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)之间、第四纤维丝束(4)的下方，形成单元结构(2-1)和单元结构(3-1)交替排列的编织结构；所述单元结构(3-1)为带有一条与水平方向成+45°对角线的正方形；编织结构四在编织结构三的基础上，设置与水平方向成-45°的第六纤维丝束
(6)，第六纤维丝束(6)通过第一纤维丝束(I)、第二纤维丝束(2)和第三纤维丝束(3)的交点，在交点处位于第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)之间、第三纤维丝束(3)的下方，形成单元结构(2-1)依次排列的编织结构；其中在第五纤维丝束(5)和第六纤维丝束(6)的交点处，第五纤维丝束(5)位于第六纤维丝束￠)的上方；编织结构五与水平方向成+60°的第七纤维丝束(7)和与水平方向成-60°的第八纤维丝束(8)交替编织，水平方向上的第一纤维丝束(I)通过第七纤维丝束(7)和第八纤维丝束(8)的交点，三条纤维丝束在水平方向上的交点处，第一纤维丝束(I)交替设置于第七纤维丝束(7)和第八纤维丝束(8)的上方或下方，形成单元结构(5-1)依次排列的编织结构，所述单元结构(5-1)为带有一条对角线的平行四边形，平行四边形的锐角为60°，对角线为两钝角的对角线；编织结构六与水平方向成+60°的第七纤维丝束(7)和与水平方向成-60°的第八纤维丝束(8)交替编织，然后，水平方向上的第一纤维丝束(I)再依次与第七纤维丝束
(7)和第八纤维丝束(8)交替编织，纤维丝束两两相交，形成单元结构(6-1)依次排列的编织结构，所述单元结构(6-1)为被两条与水平方向成-60°的线分割为三部分的平行四边形，平行四边形的锐角为60°，平行四边形被分割为两个三角形和一个六边形。本实施方式中，a的范围可以根据不同的强度和重量要求而进行优化设计。其它与具体实施方式
七至九之一相同。具体实施方式
i^一 本实施方式与具体实施方式
一至十之一不同的是a的范围为IOmm lm。其它与具体实施方式
一至十之一相同。采用以下实施例验证本发明的有益效果 实施例一(参考图I理解本实施例)
本实施例的索网蒙皮承力材料包括膜层9、索网层10和胶带层11，所述索网层10设置于膜层上9，胶带层11设置于索网层10上，形成膜层-索网层-胶带层结构，膜层9和索网层10通过胶带层11粘接。本实施例的索网层的编织结构如下(参考图5、图11理解此编织结构)本实施例中索网层的编织结构为水平方向上的第一纤维丝束I和垂直方向上的第二纤维丝束2，交替正交编织，形成单元结构1-1依次排列的编织结构，所述单元结构1-1为正方形，正方形的边长为30mm。本实施例的膜层为80 μ m厚的Mylar膜,胶带为35 μ m厚的麦拉胶带,麦拉胶带的抗拉张度3. OKN/m ;纤维丝束为经过加捻的200D Kevlar49纤维丝，捻度为50捻/10cm，200DKevlar49纤维丝的密度是I. 45g · cnT3，模量是124GPa，强度3. 6GPa，热解温度是520°C。本实施例的编织结构为为正交编织的结构，纤维束间距30mm，沿相互正交的纤维方向上模量很大，因而刚度很大，面密度较低，能够实现结构轻量化的目标。实施例二 (参考图2理解本实施例)本实施例索网蒙皮承力材料包括膜层9、索网层10、胶带层11和第二膜层12，所述索网层10设置于膜层上9，胶带层11设置于索网层10上，第二膜层12设置于胶带层11上，形成膜层-索网层-胶带层-膜层结构，膜层9和索网层10通过胶带层，I粘接，第二膜层12和胶带层11通过树脂胶粘接。本实施例的索网层的编织结构如下(参考图6、图11、图12理解此编织结构)在实施例一的编织结构的基础上，设置与水平方向成+45°的第三纤维丝束3和与水平方向成-45°第四纤维丝束4，第三纤维丝束3通过第一纤维丝束I和第二纤维丝束2的交点，在交点处第三纤维丝束3位于第一纤维丝束I和第二纤维丝束2之间，第四纤维丝束4通过第一纤维丝束I和第二纤维丝束2的交点，在交点处第四纤维丝束4位于第一纤维丝束I和第二纤维丝束2之间，形成单元结构2-1和单元结构1-1交替排列的编织结构，所述单元结构2-1为带有两条对角线的正方形，其中在第三纤维丝束(3)和第四纤维丝束(4)的交点处，第三纤维丝束3位于第四纤维丝束4上方；相邻第三纤维丝束3之间的距离为42. 43mm，相邻第四纤维丝束(4)之间的距离为42. 43mm。本实施例的索网层的编织结构采用实施例二的结构；膜层为80 μ m厚的Mylar膜，胶带为35 μ m厚的麦拉胶带；纤维丝束为经过加捻的200D Kevlar49纤维丝，捻度为50捻/10cm。本实施例的铺设方式是在实施例一的编织结构的基础上在±45°方向铺设纤维互相对称，因此正交纤维束间距也是30mm，其力学性能相同，刚度较大的同时能够大幅减轻重量。实施例三(参考图3理解本实施例)本实施例的索网蒙皮承力材料包括膜层9和索网层10，所述索网层10设置于膜层9上，形成膜层-索网层结构。本实施例的索网层的编织结构如下(参考图7、图12、图13理解此编织结构)在实施例二的编织结构的基础上，设置与水平方向成+45°的第五纤维丝束5，第五纤维丝束5通过第一纤维丝束I、第二纤维丝束2和第四纤维丝束4的交点，在交点处位于第一纤维丝束I和第二纤维丝束2之间、第四纤维丝束4的下方，形成单元结构2-1和单、元结构3-1交替排列的编织结构，所述单元结构3-1为带有一条与水平方向成+45°对角线的正方形。本实施例的索网层的编织结构采用实施例三的结构，该索网层由浸泡过树脂胶的纤维丝束编织而成，膜层和索网层通过树脂胶粘接；膜层为80 μ m厚的Mylar膜，纤维丝束为经过加捻的200D Kevlar49纤维丝，捻度为50捻/10cm，使用的是环氧树脂。本实施例在实施例二的编织结构的基础上又增加了 +45°方向铺设的纤维，正交纤维束间距也是30mm。结构更接近于各向同性，在各个方向的刚度都较高，在承载力要求各向差别不大时可以使用。并且在两个方向纤维铺设并不完全相同，可以在满足结构要求的情况下减轻重量。实施例四(参考图4理解本实施例)本实施例索网蒙皮承力材料包括膜层9、索网层10和第二膜层12，所述索网层10设置于膜层9上，第二膜层12设置于索网层10上，形成膜层-索网层-膜层结构，膜层和索网层通过树脂胶粘接，第二膜层和索网层通过树脂胶粘接。本实施例的索网层的编织结构如下(参考图8、图12理解此编织结构)本实施例在实施例三的编织结构的基础上，设置与水平方向成-45°的第六纤维丝束6,第六纤维丝束6通过第一纤维丝束I、第二纤维丝束2和第三纤维丝束3的交点,在交点处位于第一纤维丝束I和第二纤维丝束2之间，位于第三纤维丝束3的下方，形成单元结构2-1依次排列的编织结构；其中在第五纤维丝束5和第六纤维丝束6的交点处，第五纤维丝束5位于第六纤维丝束6的上方。本实施例的索网层的编织结构采用实施例四的结构，该索网层由浸泡过树脂胶的纤维丝束编织而成，膜层和索网层通过树脂胶粘接；膜层为80 μ m厚的Mylar膜，纤维丝束为经过加捻的200D Kevlar49纤维丝，捻度为50捻/10cm，环氧树脂胶的型号是EP-12。本实施例在实施例三的编织结构的基础上又增加了 -45°方向铺设的纤维，正交纤维束间距也是30mm。本实施例的结构是典型的各向同性结构，各个方向上的刚度很大，同时也较重，在承载力要求很高但重量要求较低时可以使用。实施例五(参考图I理解本实施例)本实施例的索网蒙皮承力材料包括膜层9、索网层10和胶带层11，所述索网层10设置于膜层上9，胶带层11设置于索网层10上，形成膜层-索网层-胶带层结构，膜层9和索网层10通过胶带层11粘接。本实施例的索网层的编织结构如下(参考图9、图14理解此编织结构)本实施例本实施例中索网层的编织结构为与水平方向成+60°的第七纤维丝束7和与水平方向成-60°的第八纤维丝束8交替编织，水平方向上的第一纤维丝束I通过第七纤维丝束7和第八纤维丝束8的交点，三条纤维丝束在水平方向上的交点处，第一纤维丝束I交替设置于第七纤维丝束7和第八纤维丝束8的上方或下方，形成单元结构5-1依次排列的编织结构，所述单元结构5-1为带有一条对角线的平行四边形，平行四边形的锐角为60° ,对角线为两钝角的对角线；
本实施例的膜层为80 μ m厚的Mylar膜,胶带为35 μ m厚的麦拉胶带；纤维丝束为经过加捻的200D Kevlar49纤维丝，捻度为50捻/10cm。本实施例的正三角形结构是典型的各向同性结构，横向平行纤维间距是25. 98mm,纵向平行纤维间距是25. 98mm。平行纤维间距正交网格组件有互相垂直的交线，使结构更容易崩溃。由于三角形具有稳定性，因此这种结构的刚度很大，而且面密度小。实施例六(参考图2理解本实施例)本实施例索网蒙皮承力材料包括膜层9、索网层10、胶带层11和第二膜层12，所述索网层10设置于膜层上9，胶带层11设置于索网层10上，第二膜层12设置于胶带层11上，形成膜层-索网层-胶带层-膜层结构，膜层9和索网层10通过胶带层，I粘接，第二膜层12和胶带层11通过树脂胶粘接。本实施例的索网层的编织结构如下(参考图10、图15理解此编织结构)本实施例本实施例中索网层的编织结构为与水平方向成+60°的第七纤维丝束 7和与水平方向成-60°的第八纤维丝束8交替编织，然后，水平方向上的第一纤维丝束I再依次与第七纤维丝束7和第八纤维丝束8交替编织，纤维丝束两两相交，形成单元结构6-1依次排列的编织结构，所述单元结构6-1为被两条与水平方向成-60°的线分割为三部分的平行四边形，平行四边形的锐角为60°，平行四边形被分割为两个三角形和一个六边形。本实施例的索网层的编织结构采用实施例二的结构；膜层为80 μ m厚的Mylar膜，胶带为35 μ m厚的麦拉胶带；纤维丝束为经过加捻的200D Kevlar49纤维丝，捻度为50捻/10cm。本实施例为1/4等格栅(quarter isogrid)结构,横向纤维间距是28mm,纵向纤维间距是25. 98mm。三角形结构固然具有稳定性，但在交点处是三层纤维丝交叉，会折损纤维丝在这种交叉点的刚度，而四分之一等格栅则只有简单的两层交叉，纤维丝在此处的刚度折损较小，与传统的等格栅结构相比，具有更大的刚度。上述各个实施例中，相互平行的两根丝在编织过程中不在同一平面上，因此保证了纤维丝不易滑移，增加了新型轻质索网蒙皮承力材料的刚度；为了固定住纤维丝束，可以在纤维丝束交叉处每根纤维多缠绕一圈，或者在交叉处与胶带粘接的地方涂点上一些胶固定纤维丝束。本发明上述各实施例的索网蒙皮承力材料具有轻量化的特点，刚度大承载能力强，可以承载更大的有效载荷，其等效弹性模量比同厚度的薄膜大。作为柔性复合材料，能够满足构型要求高的飞行器，还可以进行高效折叠而几乎不损失力学性能。此外，限于平流层飞艇对内部压力的要求，使得蒙皮材料有较大的强度。这种高强超轻的索网蒙皮承力材料的使用可以降低对平流层飞艇蒙皮材料的强度要求。索网结构可以进行优化组网设计，特别可以根据需求情况设计成各向同性或单向性能优异的结构。与AGS(等格栅结构)不同，本发明是柔性纤维丝束增强柔性基体膜材料，特别可以满足大尺度结构高效折叠要求；本发明使用高强纤维丝束增强基体膜材料，可以通过纤维丝束控制柔性膜材料的大变形情况，特别可以满足机翼形状稳定性要求，对于空间飞行器在不增加太多重量的情况下，可以显著提高承载效率，有利于形成一类新型的超轻质高强度柔性复合材料，满足大尺度结构对重量的要求。
权利要求
1.索网蒙皮承力材料，其特征在于索网蒙皮承力材料包括膜层(9)、索网层(10)和胶带层(11)，所述索网层(10)设置于膜层(9)上，胶带层(11)设置于索网层(10)上，形成膜层-索网层-胶带层结构，膜层(9)和索网层(10)通过胶带层(11)粘接，所述索网层由纤维丝束编织而成。
2.根据权利要求I所述的一种索网蒙皮承力材料，其特征在于索网蒙皮承力材料还包括第二膜层(12)，所述第二膜层(12)设置于胶带层(11)上，形成膜层-索网层-胶带层-膜层结构，第二膜层(12)和胶带层(11)通过环氧树脂胶粘接。
3.根据权利要求I或2所述的一种索网蒙皮承力材料，其特征在于所述膜层为厚度为60 IOOum的聚氨基甲酸酯膜、聚酯膜或聚酰亚胺膜。
4.根据权利要求I或2所述的一种索网蒙皮承力材料，其特征在于所述纤维丝束为Kevlar纤维、聚对苯撑苯并双恶唑纤维或Vectran纤维。
5.根据权利要求I或2所述的一种索网蒙皮承力材料，其特征在于所述胶带层为聚酯胶带。
6.根据权利要求I或2所述的一种索网蒙皮承力材料，其特征在于所述索网层有以下六种编织结构之一 编织结构一水平方向上的第一纤维丝束(I)和垂直方向上的第二纤维丝束(2)，交替正交编织，形成单元结构(ι-i)依次排列的编织结构，所述单元结构(ι-i)为正方形，正方形的边长为a ； 编织结构二 在编织结构一的基础上，设置与水平方向成+45°的第三纤维丝束(3)和与水平方向成-45°第四纤维丝束(4)，第三纤维丝束(3)通过第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)的交点，在交点处第三纤维丝束(3)位于第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)之间，第四纤维丝束(4)通过第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)的交点，在交点处第四纤维丝束(4)位于第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)之间，形成单元结构(2-1)和单元结构(1-1)交替排列的编织结构，所述单元结构(2-1)为带有两条对角线的正方形，其中在第三纤维丝束(3)和第四纤维丝束(4)的交点处，第三纤维丝束(3)位于第四纤维丝束(4)的上方；相邻第三纤维丝束(3)之间的距离为V^a，相邻第四纤维丝束(4)之间的距离为 V^a; 编织结构三在编织结构二的基础上，设置与水平方向成+45°的第五纤维丝束(5)，第五纤维丝束(5)通过第一纤维丝束(I)、第二纤维丝束(2)和第四纤维丝束(4)的交点，在交点处位于第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)之间、第四纤维丝束(4)的下方，形成单元结构(2-1)和单元结构(3-1)交替排列的编织结构；所述单元结构(3-1)为带有一条与水平方向成+45°对角线的正方形； 编织结构四在编织结构三的基础上，设置与水平方向成-45°的第六纤维丝束(6)，第六纤维丝束(6)通过第一纤维丝束(I)、第二纤维丝束(2)和第三纤维丝束(3)的交点，在交点处位于第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)之间、第三纤维丝束(3)的下方，形成单元结构(2-1)依次排列的编织结构；其中在第五纤维丝束(5)和第六纤维丝束(6)的交点处，第五纤维丝束(5)位于第六纤维丝束￠)的上方； 编织结构五与水平方向成+60°的第七纤维丝束(7)和与水平方向成-60°的第八纤维丝束(8)交替编织，水平方向上的第一纤维丝束(I)通过第七纤维丝束(7)和第八纤维丝束(8)的交点，三条纤维丝束在水平方向上的交点处，第一纤维丝束(I)交替设置于第七纤维丝束(7)和第八纤维丝束(8)的上方或下方，形成单元结构(5-1)依次排列的编织结构，所述单元结构(5-1)为带有一条对角线的平行四边形，平行四边形的锐角为60°，对角线为两钝角的对角线； 编织结构六与水平方向成+60°的第七纤维丝束(7)和与水平方向成-60°的第八纤维丝束(8)交替编织，然后，水平方向上的第一纤维丝束(I)再依次与第七纤维丝束(7)和第八纤维丝束(8)交替编织，纤维丝束两两相交，形成单元结构(6-1)依次排列的编织结构，所述单元结构(6-1)为被两条与水平方向成-60°的线分割为三部分的平行四边形，平行四边形的锐角为60°，平行四边形被分割为两个三角形和一个六边形。
7.索网蒙皮承力材料，其特征在于索网蒙皮承力材料包括膜层(9)和索网层(10)，所述索网层(10)设置于膜层(9)上，形成膜层-索网层结构，所述索网层(10)由浸泡过环氧树脂胶的纤维丝束编织而成，膜层(9)和索网层(10)通过环氧树脂胶粘接。
8.根据权利要求7所述的索网蒙皮承力材料，其特征在于索网蒙皮承力材料还包括第二膜层(12)，所述第二膜层(12)设置于索网层(10)上，形成膜层-索网层-膜层结构，第二膜层(12)和索网层(10)通过环氧树脂胶粘接。
9.根据权利要求7或8所述的索网蒙皮承力材料，其特征在于所述所述膜为厚度为60 IOOum的聚氨基甲酸酯膜、聚酯膜或聚酰亚胺膜；所述纤维丝束为Kevlar纤维、聚对苯撑苯并双恶唑纤维或Vectran纤维。
10.根据权利要求7或8所述的索网蒙皮承力材料，其特征在于所述索网层有以下六种编织结构之一 编织结构一水平方向上的第一纤维丝束(I)和垂直方向上的第二纤维丝束(2)，交替正交编织，形成单元结构(ι-i)依次排列的编织结构，所述单元结构(ι-i)为正方形，正方形的边长为a ； 编织结构二 在编织结构一的基础上，设置与水平方向成+45°的第三纤维丝束(3)和与水平方向成-45°第四纤维丝束(4)，第三纤维丝束(3)通过第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)的交点，在交点处第三纤维丝束(3)位于第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)之间，第四纤维丝束(4)通过第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)的交点，在交点处第四纤维丝束(4)位于第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)之间，形成单元结构(2-1)和单元结构(1-1)交替排列的编织结构，所述单元结构(2-1)为带有两条对角线的正方形，其中在第三纤维丝束(3)和第四纤维丝束(4)的交点处，第三纤维丝束(3)位于第四纤维丝束(4)的上方；相邻第三纤维丝束(3)之间的距离为V^a，相邻第四纤维丝束(4)之间的距离为 V^a; 编织结构三在编织结构二的基础上，设置与水平方向成+45°的第五纤维丝束(5)，第五纤维丝束(5)通过第一纤维丝束(I)、第二纤维丝束(2)和第四纤维丝束(4)的交点，在交点处位于第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)之间、第四纤维丝束(4)的下方，形成单元结构(2-1)和单元结构(3-1)交替排列的编织结构；所述单元结构(3-1)为带有一条与水平方向成+45°对角线的正方形； 编织结构四在编织结构三的基础上，设置与水平方向成-45°的第六纤维丝束(6)，第六纤维丝束(6)通过第一纤维丝束(I)、第二纤维丝束(2)和第三纤维丝束(3)的交点，在交点处位于第一纤维丝束(I)和第二纤维丝束(2)之间、第三纤维丝束(3)的下方，形成单元结构(2-1)依次排列的编织结构；其中在第五纤维丝束(5)和第六纤维丝束(6)的交点处，第五纤维丝束(5)位于第六纤维丝束￠)的上方； 编织结构五与水平方向成+60°的第七纤维丝束(7)和与水平方向成-60°的第八纤维丝束(8)交替编织，水平方向上的第一纤维丝束(I)通过第七纤维丝束(7)和第八纤维丝束(8)的交点，三条纤维丝束在水平方向上的交点处，第一纤维丝束(I)交替设置于第七纤维丝束(7)和第八纤维丝束(8)的上方或下方，形成单元结构(5-1)依次排列的编织结构，所述单元结构(5-1)为带有一条对角线的平行四边形，平行四边形的锐角为60°，对角线为两钝角的对角线； 编织结构六与水平方向成+60°的第七纤维丝束(7)和与水平方向成-60°的第八纤维丝束(8)交替编织，然后，水平方向上的第一纤维丝束(I)再依次与第七纤维丝束(7)和第八纤维丝束(8)交替编织，纤维丝束两两相交，形成单元结构(6-1)依次排列的编织结构，所述单元结构(6-1)为被两条与水平方向成-60°的线分割为三部分的平行四边形，平行四边形的锐角为60°，平行四边形被分割为两个三角形和一个六边形。
全文摘要
索网蒙皮承力材料，它涉及蒙皮承力材料。本发明要解决现有的平流层飞艇等充气结构所使用的蒙皮承力材料重量大，承载能力低，内部不能承受高压并且形状不容易控制等问题。本发明索网蒙皮承力材料包括膜层、索网层，还可包括胶带层，其中索网层是由纤维丝束编织而成的六种编织结构中的一种。本发明的索网蒙皮承力材料具有轻量化的特点，刚度大承载能力强，可以承载更大的有效载荷，其等效弹性模量比同厚度的薄膜大。作为柔性复合材料，能够满足构型要求高的飞行器，还可以进行高效折叠而几乎不损失力学性能。本发明的索网蒙皮承力材料可用于航空航天等领域，尤其适用于大尺寸航空宇航器外表面。
文档编号B32B7/12GK102615868SQ201210088099
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者兰澜, 刘远鹏, 张磊, 杜振勇, 王长国, 谭惠丰 申请人:哈尔滨工业大学