Конструкция каркасов солнечных батарей из углепластика и способ изготовления каркаса

Изобретение относится к конструкциям изделий космической техники, в частности солнечных батарей и платформ. Каркас выполнен в виде интегральной рамной конструкции из слоистого полимерного углепластика. Каркас включает в себя ребра двутаврового сечения и обрамление в виде швеллера, образуя монолитную силовую структуру. Все элементы собираются на специальной технологической оснастке в неотверждённом состоянии и формуются одновременно. Цельноформованная конструкция каркаса производится термокомпрессионным методом в печи полимеризации. Технический результат изобретения обеспечивает снижение массы и трудоемкости изготовления каркаса, уменьшение длительности технологического цикла. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к области космической техники, в частности к производству каркасных конструкций из композиционных материалов (КМ), и может быть использовано при разработке и изготовлении каркасных изделий, например элементов космических платформ или каркасов створок солнечных батарей (СБ).

Уровень техники

Известна конструкция каркасов створок солнечных батарей, представляющая из себя решетчатые панели, выполненные из углепластика, сформованные за 1 цикл с последующей механической обработкой [1]. К недостаткам данной конструкции можно отнести высокую удельную массу.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности является конструкция каркасов створок солнечных батарей, состоящая из трубчатых элементов, изготовленных из слоистого углепластика, собранных в каркасную конструкцию углепластиковыми узлами сочленения - фитингами (угольники, тройники). Причем все узлы сочленения формуются одновременно на трубчатых элементах термокомпрессионным методом [2]. Для размещения и крепления фотоэлектрических преобразователей на каркасе предварительно закрепляется сетеполотно [3], [4]. Применение углепластикового каркаса с сетеполотном позволяет снизить массу панели солнечной батареи.

Существенным недостатком данной конструкции является многоступенчатость технологии ее, изготовления, высокая трудоемкость и продолжительность изготовления изделия, что, в свою очередь, приводит к увеличению себестоимости.

Раскрытие изобретения

Задача предлагаемого изобретения: снижение массы, снижение трудоемкости изготовления, уменьшение длительности технологического цикла, уменьшение себестоимости изделий.

Указанная цель достигается тем, что каркас выполняется в виде интегральной рамной конструкции (фиг. 1) из слоистого полимерного композиционного материала, состоит из ребер двутаврового сечения (фиг. 1а) и обрамления в виде швеллера (фиг. 1б), образующего вместе с ребрами монолитный силовой каркас. Причем шаг расположения ребер изделия в каждом из направлений согласуется с размерами фотоэлектрических преобразователей, закрепляемых впоследствии на каркасе при помощи клеевого соединения. Все элементы изделия собираются на специальной технологической оснастке в неотвержденном состоянии и формуются одновременно, образовывая монолитную цельноформованную конструкцию. Формование изделия производится термокомпрессионным методом в печи полимеризации. В вертикальных стенках ребер и обрамления выполняются вырезы в виде пазов для уменьшения массы изделия. Кроме того, наличие вырезов позволяет производить монтаж кабелей фотоэлектрических преобразователей внутри каркаса СБ. По контуру каркаса устанавливаются накладные металлические элементы для крепления панелей (фиг. 1в).

Накладные металлические детали в данном случае имеют более простую конструкцию по сравнению с накладными деталями каркаса из трубчатых элементов, что также ведет к снижению трудоемкости, продолжительности и себестоимости изготовления изделия.

Изготовление каркаса за один цикл формования без применения клеевых соединений позволяет получить равнопрочную конструкцию с хорошо контролируемыми технологическими параметрами в течение всего процесса изготовления, что положительно сказывается на геометрической точности изделий в условиях эксплуатации.

Пример изготовления.

Для изготовления изделия используют препрег углеткани Порше (арт. 36-06) на связующем ЭНФБ ТУ 1-595-36-2005, массовая доля которого в препреге составляет 40%.

Изготовление изделия осуществляют в специальной технологической оснастке (фиг. 2) в следующей последовательности.

1. Производят раскрой и укладку на поверхность формы 1, обработанную антиадгезивом, слоев препрега, формирующих нижние полки силовых ребер и окантовки 2.

2. Производят раскрой и укладку на терморасширяющихся формующих элементах 3 слоев препрега, образующих ребра и окантовку каркаса 4.

3. Производят установку на форму терморасширяющихся оправок с уложенными на них слоями препрега.

4. Производят раскрой и укладку на собранном на форме пакете слоев препрега, формирующих верхние полки силовых ребер и окантовки 5, а также вертикальной стенки окантовки 6.

5. Производят установку на форму ограничительных планок 7 и верхней плиты 8 с последующей стяжкой элементов формы при помощи крепежных элементов 9.

6. Производят формование каркаса в печи полимеризации при температуре (165-475)°С в течение 8 ч.

7. Производят разборку технологической оснастки, извлекают терморасширяющиеся оправки из полостей изделия.

8. Производят зачистку облоя по кромкам изделия.

Изготовленное изделие отличается от аналогов меньшей массой.

Изготавливаемые в настоящее время аналогичные каркасы солнечных батарей рамочного типа имеют массу 1 м2 конструкции порядка 1,1 кг/м2 [2]. Заявленная конструкция имеет значительно меньшую удельную массу - 0,8 кг/м2. Одностадийная технология изготовления каркаса обеспечивает снижение трудоемкости изготовления, уменьшение длительности технологического цикла, уменьшение себестоимости изделий.

Краткое описание чертежей:

на фиг. 1 представлена интегральная рамная конструкция из слоистого полимерного композиционного материала, состоящая из ребер двутаврового сечения и обрамления в виде швеллера;

на фиг. 2 представлена специальная технологическая оснастка для изготовления интегральной рамной конструкции.

Сущность изобретения

Сущность изобретения заключается в том, что каркас выполняется в виде интегральной рамной конструкции из слоистого полимерного композиционного материала, состоит из ребер двутаврового сечения и обрамления в виде швеллера, образующего вместе с ребрами монолитный силовой каркас. Все элементы изделия собираются на специальной технологической оснастке в неотвержденном состоянии и формуются одновременно, образовывая монолитную цельноформованную конструкцию. Формование изделия производится термокомпрессионным методом в печи полимеризации. Изобретение обеспечивает снижение массы, снижение трудоемкости изготовления, уменьшение длительности технологического цикла, уменьшение себестоимости изделий.

Источники информации

1. Технология сборки и испытаний космических аппаратов: Учебник для высших технических учебных заведений / И.Т. Беляков, И.А. Зернов, Е.Г. Антонов и др.; Под общей редакцией И.Т. Белякова и И.А. Зернова. - М.: Машиностроение, 1990. - 352 с.: ил. - (с. 103).

2. Патент RU 2352024 от 29.03.2007 г. «Конструкция каркасов солнечных батарей и способ изготовления каркаса».

3. Патент RU 2190900 от 31.12 1999 г. «Панель солнечной батареи».

4. Патент RU 2220477 от 18.03.2002 г. «Панель солнечной батареи».

1. Каркас панели солнечной батареи, изготовленный из слоистого композиционного материала, отличающийся тем, что выполняется в виде интегральной рамной конструкции, состоит из ребер двутаврового сечения и обрамления в виде швеллера, образующего вместе с ребрами монолитный силовой каркас.

2. Каркас по п. 1, отличающийся тем, что шаг расположения ребер изделия в каждом из направлений согласуется с размерами фотоэлектрических преобразователей, закрепляемых впоследствии на каркасе.

3. Каркас по п. 1, отличающийся тем, что вертикальные стенки ребер и швеллера имеют вырезы.

4. Способ изготовления каркаса, отличающийся тем, что все элементы конструкции собираются на специальной технологической оснастке в неотверждённом состоянии и формуются одновременно, образуя монолитную цельноформованную конструкцию, при этом формование изделия производится термокомпрессионным методом в печи полимеризации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигательным ракетным системам для малоразмерных космических аппаратов и предназначено для использования в качестве маневрового двигателя при выполнении линейных и угловых перемещений.

Изобретение относится к удержанию геосинхронного космического аппарата (КА) в заданной области стояния при допустимом наклонении орбиты до 5°. Способ включает определение максимально допустимого наклонения, близкого к нему начального наклонения и определение оптимальной долготы восходящего узла орбиты выведения КА с учетом эпохи запуска КА на орбиту.

Изобретение относится к солнечным батареям (СБ) космических аппаратов (КА). Способ включает определение угла между нормалью к рабочей поверхности СБ и нормалью к плоскости орбиты КА при условии минимального затенения СБ конструкцией КА.

Изобретение относится к солнечным батареям (СБ) космических аппаратов (КА). Способ включает измерение вектора направления на Солнце в инерциальной системе координат, угла между направлением на Солнце и нормалью к плоскости орбиты КА, а также изменения данного угла за виток.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для выведения наноспутников на заданные траектории и с заданными скоростями с борта космических станций.

Изобретение относится к спутниковым системам (СС) связи и наблюдения, использующим легкие спутники, которые функционируют на низких и средних околоземных орбитах и обеспечивают непрерывное региональное покрытие поверхности Земли.

Изобретение относится к области ракетно-космической техники. В способе предстартовой подготовки ракеты-носителя (РН) на стартовом комплексе, включающем ее подъем из горизонтального положения и установку на пусковую установку в вертикальное положение, проводят вертикализацию РН.

Траектория полета двухступенчатой ракеты (1) периодически прогнозируется в течение полета, и прогнозируемая точка падения, когда блок (11) первой ступени ракеты или обтекатель (15) отделяется и отбрасывается от второй ступени (13) ракеты, периодически прогнозируется в каждой промежуточной запланированной точке на прогнозируемой траектории полета.

Изобретение относится к авиационной и ракетной технике и может быть использовано для отделения отсека летательного аппарата (ЛА). Система отделения отсека ЛА содержит устройство крепления отсека к ЛА по стыковочным шпангоутам, выполненное с возможностью расфиксации крепления, и устройство отделения, установленное на ЛА и снабженное толкателем.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к устройствам обеспечения непрерывного контроля температуры заправленного окислителя в топливном баке ракеты космического назначения (РКН) «Союз-2».

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для определения временной привязки снимков земной поверхности с космического аппарата (КА). В способе определения временной привязки производимых с КА снимков земной поверхности осуществляют генерацию на борту значения времени и передачу его с производимыми снимками в массиве телеметрических данных на наземный приемный пункт, поддерживают на борту КА постоянную температуру для стабильной работы аппаратуры генерации значений времени в процессе съемки, выполняют ортотрансформирование выбранного снимка, определяют по ортотрансформированному снимку положение в пространстве точки, из которой выполнялась съемка. Измеряют параметры орбиты КА и определяют по ним момент времени нахождения КА на минимальном расстоянии от точки, из которой производился выбранный снимок. Определяют погрешность временной привязки выбранного снимка как разность между определенным моментом времени и генерируемым на борту значением времени, после чего определяют временную привязку снимков земной поверхности. Техническим результатом изобретения является обеспечение точной временной привязки снимков земной поверхности с КА. 1 ил.

Изобретение относится к системам электроснабжения космических аппаратов (КА) с помощью солнечных батарей (СБ). Способ включает ориентацию СБ на Солнце, измерение на последовательных витках орбиты угла между направлением на Солнце и нормалью к плоскости орбиты КА, а также тока СБ в моменты касания верхней границы атмосферы Земли видимым с КА диском Солнца на его восходе. Определяют также угол между нормалью к плоскости орбиты КА и нормалью к рабочей поверхности СБ в фиксированном положении СБ, зависящем некоторым образом от фазы полёта, видимых с КА угловых полурастворов дисков Земли и Солнца и угла возвышения верхней границы атмосферы над горизонтом. На витках, где достигается локальный минимум модуля угла , фиксируют измеренное значение тока СБ, определяют расстояние от Земли до Солнца и значение угла между нормалью к рабочей поверхности СБ и направлением на Солнце. Вычисленный по этим данным некоторый контрольный параметр сравнивают на текущем и на предыдущих этапах полета, используя для оценки состояния СБ. Технический результат состоит в минимизации влиянии на эту оценку подсветки от Земли в начале светового участка орбиты на фоне штатного полета КА. 2 ил.

Изобретение относится к конструкциям изделий космической техники, в частности солнечных батарей и платформ. Каркас выполнен в виде интегральной рамной конструкции из слоистого полимерного углепластика. Каркас включает в себя ребра двутаврового сечения и обрамление в виде швеллера, образуя монолитную силовую структуру. Все элементы собираются на специальной технологической оснастке в неотверждённом состоянии и формуются одновременно. Цельноформованная конструкция каркаса производится термокомпрессионным методом в печи полимеризации. Технический результат изобретения обеспечивает снижение массы и трудоемкости изготовления каркаса, уменьшение длительности технологического цикла. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх