[发明专利]一种使用复合材料连接件的低膨胀网孔反射器

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用复合材料连接件的低膨胀网孔反射器，属于空间天线反射器技术领域。

背景技术

目前随着空间技术的飞速发展，作为航天器重要有效载荷的空间天线技术也得到了长足的进步，天线种类越来越多，结构形式越来越复杂，由以往的不进行空间展开的固面反射器天线逐渐发展到空间可展开的具有可展开反射器的天线，并且要求天线反射器质量小、刚度和强度大，空间热变形小等。传统的天线反射器形式已不能满足其对反射器质量小、刚度和强度大，空间热变形小的要求，需要设计一种质量小、刚度和强度大、空间热变形小的反射器结构。

发明内容

本发明的目的在于克服传统反射器质量大、空间热变形大的不足，提供一种使用复合材料连接件的低膨胀网孔反射器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种使用碳纤维复合材料连接件的低膨胀网孔反射器，包括背筋、反射面和连接件；反射面为准各向同性碳纤维编织网孔布(TWF)织物反射面，背筋为复合材料层合板背筋，其形状为“井”字形，且结构对称；连接件位于背筋中交叉的两根背筋的夹角处，从而使得连接件与交叉的两根背筋都固定连接；连接件为带有底面的空心六面柱体，柱体的横截面为一六边形，其中三个边的边长长、另三个边的边长短；不相邻的三个边的边长相同，另外不相邻的三个边的边长相同；其中一个长边所对应的那个面上有一梯形凹槽；连接件埋件位于连接件的底面上，通过连接件埋件对反射器进行固定或安装以便于运输或储存。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明中的反射面采用准各向同性的TWF织物，其具有很高的透光率及较小的热膨胀系数，可以有效减小空间光压对反射面型面的影响，可以降低反射面在空间热环境下产生的温度梯度，而温度梯度的降低可以减小反射面的热变形；

本发明中使用的结构对称的“井”字形复合材料层合板背筋，具有较高的比刚度，较小的热膨胀系数，同时与TWF织物网孔反射面的热膨胀系数相当，这样两者组合起来就具有很好的热匹配性，可以降低反射器的热变形，同时提高反射器的整体刚度；

本发明中采用的复合材料连接件，具有较好的结构强度用于承载发射载荷，同时具有较小的热膨胀系数，与网孔反射面热匹配，可以有效降低反射面的局部热变形。

低膨胀网孔反射器热变形计算：

为了验证此种采用复合材料连接件的低膨胀反射器结构的在轨热变形，进行了相应的热变形分析计算。分析所用的温度场为根据在轨热分析的结果选取的最恶劣工况温度场，此温度场工况为低温工况，最低温度为-176℃，最高温度为-40℃，反射器温度梯度为30℃。根据天线在轨最恶劣温度场工况计算得到的天线网孔反射器面内最大热变形量，完全满足天线对反射器型面精度的指标要求。

附图说明

图1为低膨胀网孔反射器的结构示意图；

图2为连接件的结构示意图；

图3为反射面的结构示意图；

其中，1-背筋，2-反射面，3-连接件，4-连接件埋件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例

一种使用复合材料连接件的低膨胀网孔反射器，包括背筋1、反射面2和连接件3、连接件埋件4；反射面2为准各向同性TWF织物反射面，背筋1为复合材料层合板背筋，其形状为“井”字形，且结构对称；连接件3位于背筋1中交叉的两根背筋的夹角处，从而使得连接件3与交叉的两根背筋都固定连接；连接件3为带有底面的空心六面柱体，柱体的横截面为一六边形，其中三个边的边长长、另三个边的边长短；不相邻的三个边的边长相同，另外不相邻的三个边的边长相同；其中一个长边所对应的那个面上有一梯形凹槽；连接件埋件4位于连接件3的底面上，通过连接件埋件4对反射器进行固定或安装以便于运输和储存。

背筋1结构采用复合材料层压板形成井字形对称结构，其结构刚度大，收拢状态固有频率大于70Hz，大大增强了反射器结构抵御发射阶段振动力学环境的能力。

反射面2采用准各向同性的TWF织物，其透光率在60％以上，可以有效减小空间光压对天线反射面的影响。热膨胀系数小于2.0×10^-6，大大降低了反射面结构在轨产生的热变形。

连接件3采用碳纤维复合材料压制而成，其热膨胀系数约为2.0×10-6远小于金属连接件，能够有效地避免结构在空间环境中发生的局部变形。

连接件埋件4用于对反射器进行固定或安装以便于运输和储存。

低膨胀网孔反射器热变形计算：

为了验证此种采用复合材料连接件的低膨胀反射器结构的在轨热变形，进行了相应的热变形分析计算。分析所采用的温度场是根据在轨热分析的结果选取的最恶劣工况温度场，此温度场工况为低温工况，最低温度为-176℃，最高温度为-40℃，反射器温度梯度为30℃。根据天线在轨最恶劣温度场工况计算得到的天线网孔反射器最大热变形量；采用有限元方法进行了相应的热变形分析计算，输入的温度场为根据天线在轨使用过程中的最恶劣工况温度工况，计算得到的天线网孔反射器面内最大热变形量为0.355mm，此变形量完全满足天线对反射器型面精度的指标要求。