一种基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩的制作方法

本发明提供一种基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩，属于结构设计领域。

背景技术：

空间光学相机需要遮光罩来实现相机温度控制和杂散光的抑制的功能。遮光罩能隔绝空间光学相机在观测时接收到的大密度热流，保持空间光学相机结构的热稳定性，同时利用表面材料特性，最大限度地吸收进入遮光罩内部的杂散光，保证较高的成像信噪比，对光学系统提高成像对比度、改善成像质量具有重要意义。目前，常规的遮光罩采取固定式结构，不能折叠压缩，造成遮光罩体积大，重量大等问题，因此，可展开式遮光罩具有良好的应用前景。现有的可展开式遮光罩技术主要包括机构展开式和充气展开式。机构展开式遮光罩一般采用机械铰链作为展开单元，使用电机提供驱动力，但驱动机构的展开单元多，可靠性低，容易出现故障，需要外部提供展开驱动力。充气展开式遮光罩以充气作为展开动力，对遮光罩的展开单元充气，充气展开式遮光罩质量轻、压缩比高，但充气展开式展开精度较低，展开时需要高压气源提供驱动力，必须配套控制阀门等装置，增加了系统的复杂程度。已有遮光罩的解决方案，难以实现结构简单且小型化。因此，本发明提供一种基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩，具有结构简单、质量小、成本低、体积小、刚度大、可靠性高等优点，且便于实施。

技术实现要素：

1、目的：本发明的目的在于提供一种基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩，以解决现有的遮光罩存在体积大、重量大、结构复杂且精度较低等问题。

2、技术方案：本发明一种基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩，由复合材料波纹板、圆环和薄膜构成。复合材料波纹板由连续的波纹单元光滑相连而成，复合材料波纹板在沿波纹方向上具有大变形能力，当在复合材料波纹板两端施加沿着波纹方向的压缩载荷时，复合材料波纹板板将发生大变形，储存应变能。使用n个复合材料波纹板通过机械铰链连接或者胶接方式将在空间中上下对称的两个圆环连接形成薄膜支撑架，复合材料波纹板与圆环的连接点按照正n边形顶点位置分布。薄膜支撑架在沿波纹方向上具有大变形能力，当在薄膜支撑架两端施加沿波纹方向的压缩载荷时，薄膜支撑架将发生大变形，复合材料波纹板储存应变能。薄膜通过机械铰链连接或者胶接环设在薄膜支撑架外周，薄膜支撑架对薄膜起支撑作用。薄膜不透光，具有优异的力学性能、热稳定性以及透波功能。在本发明的基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩两端沿着轴向施加压缩载荷，实现薄膜遮光罩折叠功能，撤去外部压缩载荷，利用复合材料波纹板储存的应变能迅速恢复至初始构型，实现薄膜遮光罩展开功能。

本发明的薄膜为黑色的聚酰亚胺薄膜或者其它具有遮光效果的薄膜。

本发明的圆环为金属材料或者复合材料制成，若选用复合材料制成，复合材料由增强材料和聚合物材料组成，其中，所述“聚合物材料”为环氧树脂、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、反式聚异戊二烯、氰酸酯、聚氨酯、聚降冰片烯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚乙烯醇，增强材料为、碳纤维、玻璃纤维、kevlar纤维、硼纤维、植物纤维或以上纤维织物或以上纤维的短切纤维，以及微米或纳米级的碳粉、碳纳米颗粒或碳纳米管。

本发明的复合材料波纹板所选用的复合材料由增强材料和聚合物材料组成，其中，所述“聚合物材料”为环氧树脂、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、反式聚异戊二烯、氰酸酯、聚氨酯、聚降冰片烯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚乙烯醇，增强材料为、碳纤维、玻璃纤维、kevlar纤维、硼纤维、植物纤维或以上纤维织物或以上纤维的短切纤维，以及微米或纳米级的碳粉、碳纳米颗粒或碳纳米管。

附图说明

图1是复合材料波纹板的横截面示意图。

图2是压缩状态复合材料波纹板的横截面示意图。

图3是展开状态薄膜支撑架的示意图。

图4是折叠状态薄膜支撑架的示意图。

图5是展开状态轻小型可展开式遮光罩的示意图。

图6是折叠状态轻小型可展开式遮光罩的示意图。

图1中：1.波纹单元，2.复合材料波纹板。

图2中：f为压缩载荷。

图3中：3.圆环。

图5中：4.薄膜。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明做出进一步的说明。

本发明一种基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩，由复合材料波纹板2、圆环3和薄膜4构成。复合材料波纹板2由连续的波纹单元1光滑相连而成(如图1所示)，复合材料波纹板2在沿波纹方向上具有大变形能力，当在复合材料波纹板2两端施加沿着波纹方向的压缩载荷时，复合材料波纹板板2将发生大变形，储存应变能(如图2所示)。复合材料波纹板2所选用的复合材料由增强材料和聚合物材料组成，其中，所述“聚合物材料”为环氧树脂、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、反式聚异戊二烯、氰酸酯、聚氨酯、聚降冰片烯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚乙烯醇，增强材料为碳纤维、玻璃纤维、kevlar纤维、硼纤维、植物纤维或以上纤维织物或以上纤维的短切纤维，以及微米或纳米级的碳粉、碳纳米颗粒或碳纳米管。使用n个复合材料波纹板2通过机械铰链连接或者胶接方式将在空间中上下对称的两个圆环3连接形成薄膜支撑架，复合材料波纹板2与圆环3的连接点按照正n边形顶点位置分布(如图3所示)。圆环3为金属材料或者复合材料制成，若选用复合材料制成，复合材料由增强材料和聚合物材料组成，其中，所述“聚合物材料”为环氧树脂、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、反式聚异戊二烯、氰酸酯、聚氨酯、聚降冰片烯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚乙烯醇，增强材料为、碳纤维、玻璃纤维、kevlar纤维、硼纤维、植物纤维或以上纤维织物或以上纤维的短切纤维，以及微米或纳米级的碳粉、碳纳米颗粒或碳纳米管。薄膜支撑架在沿波纹方向上具有大变形能力，当在薄膜支撑架两端施加沿波纹方向的压缩载荷时，薄膜支撑架将发生大变形，复合材料波纹板储存应变能(如图4所示)。薄膜4通过机械铰链连接或者胶接方式环设在薄膜支撑架外周，薄膜支撑架对薄膜4起支撑作用(如图5所示)，其中，薄膜4为黑色的聚酰亚胺薄膜或者其它具有遮光效果的薄膜，具有优异的力学性能、热稳定性以及透波功能。在本发明的基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩两端沿着轴向施加压缩载荷，实现薄膜遮光罩折叠功能(如图6所示)，撤去外部压缩载荷，利用储存的应变能迅速恢复至初始构型，实现薄膜遮光罩展开功能。

技术特征：

1.一种基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩，其特征在于：由复合材料波纹板、圆环和薄膜构成。复合材料波纹板由连续的波纹单元光滑相连而成，复合材料波纹板所选用的复合材料由增强材料和聚合物材料组成，复合材料波纹板在沿波纹方向上具有大变形能力，当在复合材料波纹板两端施加沿着波纹方向的压缩载荷时，复合材料波纹板板将发生大变形，储存应变能。使用n个复合材料波纹板通过机械铰链连接或者胶接方式将在空间中上下对称的两个圆环连接形成薄膜支撑架，复合材料波纹板与圆环的连接点按照正n边形顶点位置分布。薄膜支撑架在沿波纹方向上具有大变形能力，当在薄膜支撑架两端施加沿波纹方向的压缩载荷时，薄膜支撑架将发生大变形，复合材料波纹板储存应变能。薄膜通过机械铰链连接或者胶接方式环设在薄膜支撑架外周，薄膜支撑架对薄膜起支撑作用。薄膜具有优异的力学性能、热稳定性以及透波功能。在本发明的基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩两端沿着轴向施加压缩载荷，实现薄膜遮光罩折叠功能，撤去外部压缩载荷，利用复合材料波纹板储存的应变能迅速恢复至初始构型，实现薄膜遮光罩展开功能。

2.一种基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩，其特征在于：步骤一中所述的“薄膜”为黑色的聚酰亚胺薄膜或者其它具有遮光效果的薄膜。

3.一种基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩，其特征在于：步骤一中所述的“增强材料”为碳纤维、玻璃纤维、kevlar纤维、硼纤维、植物纤维或以上纤维织物或以上纤维的短切纤维。

4.一种基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩，其特征在于：步骤一中所述的“增强材料”为微米或纳米级的碳粉、碳纳米颗粒或碳纳米管。

5.一种基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩，其特征在于：步骤一中所述的“聚合物材料”为环氧树脂、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、反式聚异戊二烯、氰酸酯、聚氨酯、聚降冰片烯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚乙烯醇。

6.一种基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩，其特征在于：步骤一中所述的“圆环”通常由金属材料或者复合材料制成，若选用复合材料制成，复合材料由增强材料和聚合物材料组成，其中，所述“聚合物材料”为环氧树脂、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、反式聚异戊二烯、氰酸酯、聚氨酯、聚降冰片烯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚乙烯醇，增强材料为、碳纤维、玻璃纤维、kevlar纤维、硼纤维、植物纤维或以上纤维织物或以上纤维的短切纤维，以及微米或纳米级的碳粉、碳纳米颗粒或碳纳米管。

技术总结
本发明提供一种基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩，由复合材料波纹板、圆环和薄膜构成。使用复合材料波纹板将在空间中上下对称的两个圆环连接形成薄膜支撑架，薄膜通过铰链连接或者胶接方式环设在薄膜支撑架外周。在本发明的基于复合材料波纹板的轻小型可展开式薄膜遮光罩轴向两端施加压缩载荷，实现薄膜遮光罩折叠功能，撤去外部压缩载荷，利用复合材料波纹板储存的应变能迅速恢复至初始构型，实现薄膜遮光罩展开功能。本发明结构简单、成本低、质量小、体积小、刚度大、可靠性高，综合性能优异，因此，本发明有非常好的工程应用价值。

技术研发人员：林秋红;白江波;刘天伟;邱慧;从强;李潇
受保护的技术使用者：北京航空航天大学;北京空间飞行器总体设计部
技术研发日：2020.05.19
技术公布日：2020.09.08