一种机热一体化碳纤维表板蜂窝结构的制作方法

[0001]
本发明涉及航天器结构设计技术领域。是一种以碳纤维表板铝蜂窝板中预埋热管为结构构型的机热一体化设计蜂窝结构。


背景技术：

[0002]
当前，高精度航天器对尺寸稳定性的需求日益强烈，在保证优良的尺寸稳定性同时，具有良好的导热和散热特性的机热一体化结构在航天器中的重要性也日益明显。为了满足航天器热载荷下的尺寸稳定性以及高导热和散热需求，需在复合材料表板的蜂窝板内部埋置热管。
[0003]
以往预埋热管都是在铝表板蜂窝夹层板中，但是，铝表板的刚度和抗变形能力较低，无法实现卫星的尺寸稳定性功能以及导热和散热特性。


技术实现要素：

[0004]
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种机热一体化碳纤维表板蜂窝结构，在满足尺寸稳定性和高导热特性的前提下，拓宽了所应用产品类型和产品的使用温度范围，提高了产品的可靠性。
[0005]
本发明的技术解决方案是：一种机热一体化碳纤维表板蜂窝结构，该结构包括上面板、蜂窝芯子、下面板、过渡层和热管，其中：上面板和下面板采用碳纤维复合材料制成；
[0006]
上面板、下面板与蜂窝芯子形成蜂窝夹层结构，热管以预埋件的形式预置在蜂窝夹层结构内的蜂窝芯子中，过渡层位于上面板和/或下面板与热管之间，用于降低预埋热管与面板由于热膨胀不匹配带来的固化残余应力。
[0007]
优选地，所述蜂窝芯子为铝蜂窝芯，铝蜂窝芯高度公差根据热管配做，使得热管与铝蜂窝芯的表面配平，蜂窝板满足预设的平面度要求。
[0008]
优选地，所述碳纤维复合材料为高模系列碳纤维材料。
[0009]
优选地，所述过渡层采用高强系列碳纤维材料制成。
[0010]
优选地，所述过渡层采用准各项同性铺层设计或各项同性编织布。
[0011]
优选地，所述热管包括半埋型热管和/或全埋热管。
[0012]
优选地，当热管为半埋热管时，热管一侧增加过渡层与上面板或者下面板接触。
[0013]
优选地，当热管为全埋热管时，热管两侧均增加过渡层与上面板和下面板接触。
[0014]
优选地，所述过渡层由为n层碳布组成，n数量根据每层碳布的厚度确定，使得过渡层的总厚度不低于0.8mm。
[0015]
优选地，所述蜂窝板各个部件采用常温固化胶固化成型。
[0016]
本发明与现有技术相比的优点在于：
[0017]
(1)、本发明通过在碳纤维表板与热管之间增加过渡层、将高模量碳纤维与高强度纤维组合匹配使用的方法，实现了具有高尺寸稳定性的碳纤维蜂窝板预埋热管在较宽温度范围内的工程应用，相比现有技术中的铝表板蜂窝板预埋热管或普通的碳表板蜂窝板设计
方法，在满足尺寸稳定性和高导热特性的的前提下，极大的拓宽了尺寸稳定性结构的产品类型和产品的使用温度范围，提高了产品的可靠性。
[0018]
(2)、本发明上面板和下面板采用高模系列碳纤维材料，提高了结构刚度和抗变形能力；
[0019]
(3)、本发明过渡层采用高强系列碳纤维材料制成，应力不匹配得以释放，以免导致纤维分层脱粘。
附图说明
[0020]
图1为含全埋型热管的机热一体化碳纤维表板蜂窝结构；
[0021]
图2为含半埋型热管的机热一体化碳纤维表板蜂窝结构；
[0022]
图3(a)为全埋型热管的机热一体化碳纤维表板蜂窝结构截面图；
[0023]
图3(b)为半埋型热管的机热一体化碳纤维表板蜂窝结构截面图。
具体实施方式
[0024]
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0025]
碳纤维表板蜂窝结构的难点就是在成型过程中需要高温，因为热管与碳纤维复合材料表板热膨胀系数差异大，两者膨胀特性不一致，在成型完成回到室温下，会存在较大的残余应力，导致后期结构板在高低温交变应力下，出现损伤。
[0026]
本发明提供了一种机热一体化碳纤维表板蜂窝结构，该碳纤维表板蜂窝结构在碳纤维表板与热管之间增加过渡层、将高模量碳纤维与高强度纤维组合匹配使用的方法，实现了具有高尺寸稳定性的碳纤维蜂窝板预埋热管在较宽温度范围内的工程应用，相比现有技术中的铝表板蜂窝板预埋热管或普通的碳表板蜂窝板设计方法，在满足尺寸稳定性和高导热特性的的前提下，极大的拓宽了尺寸稳定性结构的产品类型和产品的使用温度范围，提高了产品的可靠性。
[0027]
本发明提供的一种具有机热一体化功能的碳纤维铝蜂窝板包括上面板、蜂窝芯子、下面板、过渡层和热管，其中：上面板和下面板采用碳纤维复合材料制成；
[0028]
上面板、下面板与蜂窝芯子形成蜂窝夹层结构，热管以预埋件的形式预置在蜂窝夹层结构内的蜂窝芯子中，过渡层位于上面板和/或下面板与热管之间，用于降低预埋热管与上面板或者下面板由于热膨胀不匹配带来的固化残余应力。
[0029]
所述蜂窝芯子为铝蜂窝芯，铝蜂窝芯高度公差根据热管配做，使得热管与铝蜂窝芯的表面配平，蜂窝板满足预设的平面度要求。
[0030]
根据热控需要，所述热管包括半埋型(i型)热管和/或全埋型(ii型)热管。所述全埋型热管位于上面板和下面板之间，半埋热管位于面板与蜂窝芯子之间，通过胶膜进行粘接。
[0031]
如图2和图3(a)所示，当热管为半埋热管时，热管一侧增加过渡层与上面板或者下面板接触。所述半埋热管为与蜂窝芯子不等高的预埋热管。
[0032]
如图1和图3(b)所示，当热管为全埋热管时，热管两侧均增加过渡层与上面板和下面板接触。
[0033]
本发明的关键技术包括表板的热稳定性设计，过渡层以减小固化应力的设计。
[0034]
为保证高的尺寸稳定性，具体设计如下：
[0035]
优选地，所述碳纤维复合材料为高模系列碳纤维材料，例如m系列碳纤维材料。
[0036]
优选地，所述过渡层采用高强系列碳纤维材料制成。例如，t系列碳纤维材料。
[0037]
优选地，所述过渡层采用准各项同性铺层设计或各项同性编织布。
[0038]
优选地，所述过渡层由为n层碳布组成，n数量根据每层碳布的厚度确定，使得过渡层的总厚度不低于0.8mm。本发明某一具体实施例中厚度0.8mm，共8层，单层0.1mm，碳布以热管中线为中心，两侧各100mm。
[0039]
为尽量降低蜂窝板固化过程中的固化残余应力，固化过程中采用常温固化胶。
[0040]
本发明结构紧凑，在传统的碳纤维铝蜂窝夹层结构基础上通过预埋相应的热管的形式实现卫星的尺寸稳定性功能以及导热和散热特性。
[0041]
实施例：
[0042]
本发明某一具体实施例中给出了一种，蜂窝板总厚度30.4mm，面板材料为m55j/环氧的蜂窝板。面板单层厚度为0.125mm，铺层[0
°
/+45
°
/-45
°
/90
°
]，四层厚度为0.5mm。蜂窝芯子规格为lf2-y h0.03/5hb5443-90，高度为29.4mm。常温固化胶固化。在表板为m55表板蜂窝板的表板和蜂窝之间增加t300/3k过渡层，过渡层为厚度0.8mm的t300/3k无纬布，共8层，单层0.1mm，铺层形式为(0/45/-45/90)s，碳布与板等长为1520mm，宽度230mm，以热管中线为中心，两侧各100mm。其中，i型热管两侧加碳布，ii型热管只在与碳表板接触一侧增加编织布。
[0043]
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。