CN104527144B - 一种轻质多功能化夹层结构板及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻质多功能化夹层结构板，其包括上面板、下面板以及设置在所述上面板和下面板之间的多孔芯板，所述上面板上设有若干电连接器，所述多孔芯板内设有若干加强框以及一个热管，所述加强框内各设有一根电缆，所述每根电缆分别与一个电连接器固定连接。本发明还提供了相应的制作方法。本发明的轻质多功能化夹层结构板可将电子***集成到航天器支撑结构板中，借以淘汰电子设备机箱以及电缆连接，使星上载荷包括天线、光学相机等的安装空间最大化，卫星整体轻量化、整星总装快速化。

Description

一种轻质多功能化夹层结构板及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种卫星用轻质多功能化夹层结构板及其制造方法，属于航天工程技术领域。
背景技术
蜂窝夹层结构是采用碳纤维或玻璃纤维薄板作蒙皮，蜂窝材料做夹芯层的两种结构形式复合起来的一种特殊类型的复合材料，由于其具有重量轻，强度高，刚度大等优点，因此多用作尺寸大、强度要求高的结构件，卫星平台用的结构板是其典型的应用产品之一。传统的结构板是将热管埋入结构板中，实现了机、热的结合，但是考虑到卫星分***各功能模块在供电、通信、数据存储等方面需求，可将电子***(包括电缆、接插件等)集成到结构板中，借淘汰电子设备机箱，改变电缆占据大幅操作空间，布线凌乱，总装工作量大等传统卫星结构板电缆连接模式。其具体思路是：将电缆、电路及热管等功能器件集成到航天器结构板中，真正实现航天器结构机-电-热一体化，从而可大幅降低整个航天器的重量，并能扩大航天器内仪器设备的安装空间，从而提高航天器携带更多有效载荷的能力。
中国专利CN102009501B公开了增强型蜂窝夹层结构板及其制造方法，该方法通过纵横增强杆的埋入结构板中，解决了现有技术结构板结构质量相对偏大、结构承载能力相对较弱等不足，但还存在下列不足：
1、纵横增强杆仅作为结构件使用，
2、所涉及的上下面板为T800纤维增强树脂基复合材料面板，
3、所涉及的纵横增强杆是采用铺/缠工艺实现的，成型工艺繁琐且质量重。
发明内容
本发明的目的就为了克服上述传统卫星平台结构板存在的缺陷，而提出的以我国新一代卫星平台背景，提供一种机-电-热一体化的轻质、多功能蜂窝夹层复合材料结构板。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一方面，本发明提供了一种轻质多功能化夹层结构板，其包括上面板、下面板以及设置在所述上面板和下面板之间的多孔芯板，所述上面板上设有若干电连接器，所述多孔芯板内设有若干加强框以及热管，所述加强框内设有电缆，所述电缆与对应的电连接器固定连接。
作为优选方案，所述热管设置于多孔芯板的上壁内侧。
作为优选方案，所述多孔芯板与上面板和下面板之间分别设有上胶膜和下胶膜。
作为优选方案，所述多孔芯板为铝质板。
作为优选方案，所述上面板和下面板的厚度均为0.3～0.5mm，所述上胶膜和下胶膜的厚度均为0.1～0.2mm。
作为优选方案，所述上面板和下面板均为碳纤维复合材料板。
另一方面，本发明还提供了一种制作上述轻质化多孔夹层结构板的方法，其包括如下步骤：
将热管、加强框分别用胶膜粘接在多孔芯板内；
将上面板和下面板分别用胶膜粘接在多孔芯板的上表面和下表面；
加热固化定型；
将电缆由上面板外侧穿入加强框内，在电缆露在上面板外侧的端部上固定连接上电连接器。
作为优选方案，还包括所述上面板和下面板的制作步骤，具体为：采用环氧树脂为树脂基体，碳纤维为增强体，以准各项同性的铺层方式，用单向碳纤维预浸布进行手工铺层，然后进行热压固化，最后通过机械加工得到上面板和下面板。
作为优选方案，所述准各项同性的铺层方式为0°/90°/±45°或0°/±60°。
作为优选方案，还包括所述加强框的制作步骤，具体为：选用碳纤维为增强体，环氧树脂为树脂基体，采用小角度缠绕成型方管或圆管真空条件下热压固化。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明中所提到的碳纤维加强框除了作为结构件，还是功能件中的组成部分，其功能是实现电缆的内部埋置、定位保护等；
2、本发明中的面板为具有高导热功能的高模量复合材料面板，其导热性能可和铝合金相媲美，可以在满足单机导热要求的情况下，进一步降低结构板质量，实现结构-散热功能一体化；
3、本发明中所提到的碳纤维加强框是采用小角度缠绕工艺制造的镂空轻质杆件，成型工艺简单，质量轻，可进一步降低结构板质量；
4、本发明的轻质多功能化夹层结构板可将电子***集成到航天器支撑结构板中，借以淘汰电子设备机箱以及电缆连接，使星上载荷包括天线、光学相机等的安装空间最大化，卫星整体轻量化、整星总装快速化。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的轻质多功能化夹层结构板的剖视图；
图中：11、上面板；12、下面板；2、多孔芯板；3、电连接器；4、加强框；5、热管；6、电缆；71、上胶膜；72、下胶膜。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供的一种轻质化多孔夹层结构板的结构如图1所示，上面板11和下面板12之间夹设有多孔芯板2，可通过上胶膜71和下胶膜72分别粘接，也可通过其他方式固定连接，上面板上设有两个电连接器3，多孔芯板2内设有两个加强框4和一个热管5，每个加强框4内各装有一根电缆6，每根电缆6分别与一个电连接器3固定连接。其中，上面板11和下面板12均优选用M55J-6K碳纤维/AG80树脂复合材料板，厚度为0.4mm，多孔芯板2优选用LY2Y型铝蜂窝板，高度为38.9±1mm，上胶膜71和下胶膜72均选用J78B(环氧类胶粘剂，产自黑龙江石化研究院)加强框4优选用M55J-6K碳纤维/AG80树脂复合材料，热管5优选用具有导热功能的Ω型热管。
本发明中的碳纤维加强框除了作为结构件，还是功能件中的组成部分，可实现电缆的内部埋置、定位保护；面板为具有高导热功能的高模量复合材料面板，其导热性能可和铝合金相媲美，可以在满足单机导热要求的情况下，进一步降低结构板质量，实现结构-散热功能一体化；本发明所述的轻质多功能蜂窝夹层复合材料结构板将电子***集成到航天器支撑结构板中，借以淘汰电子设备机箱以及电缆连接，使星上载荷包括天线、光学相机等的安装空间最大化，卫星整体轻量化、整星总装快速化。
同时，制作上述轻质化多孔夹层结构板的方法为：
1、将热管、两个加强框分别用胶膜粘接在多孔芯板内；
2、将上面板和下面板分别用胶膜粘接在多孔芯板的上表面和下表面；
3、加热固化定型；
4、将两根电缆由上面板外侧分别穿入两个加强框内，在两根电缆露在上面板外侧的端部上分别固定连接上两个电连接器。
其中，所述上面板和下面板的制作方法为：采用环氧树脂为树脂基体，碳纤维为增强体，以0°/90°/±45°或0°/±60°等准各项同性铺层方式，优选0°/±60°准各项同性方式，用单向碳纤维预浸布进行手工铺层，然后用热压罐进行加热加压固化，最后通过机械加工面板的孔位和外形；所述加强框的制作方法为：选用碳纤维为增强体，环氧树脂为树脂基体，采用小角度缠绕成型方管或圆管，采用真空袋-热压罐法固化。
通过该方法可以做到结构设计的无电缆化和热控元件的隐身，节省了航天器内部的空间，同时预埋元件又可以增加卫星结构的强度和刚度，减少结构重量10％以上。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种轻质多功能化夹层结构板的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
将热管、加强框分别用胶膜粘接在多孔芯板内；
将上面板和下面板分别用胶膜粘接在多孔芯板的上表面和下表面；
加热固化定型；
将电缆由上面板外侧穿入加强框内，在电缆露在上面板外侧的端部上固定连接上电连接器；
所述一种轻质多功能化夹层结构板包括上面板、下面板以及设置在所述上面板和下面板之间的多孔芯板，所述上面板上设有若干电连接器，所述多孔芯板内设有若干加强框以及热管，所述加强框内设有电缆，所述电缆与对应的电连接器固定连接，其中，所述上面板、下面板和加强框所用的材料均为M55J-6K 碳纤维/AG80 树脂复合材料；
所述加强框的制作步骤具体为：选用碳纤维为增强体，环氧树脂为树脂基体，采用小角度缠绕成型方管或圆管真空条件下热压固化。
2.如权利要求1 所述的轻质多功能化夹层结构板的制作方法，其特征在于，所述热管设置于多孔芯板的上壁内侧。
3.如权利要求1 所述的轻质多功能化夹层结构板的制作方法，其特征在于，所述多孔芯板与上面板和下面板之间分别设有上胶膜和下胶膜。
4.如权利要求1 或2 所述的轻质多功能化夹层结构板的制作方法，其特征在于，所述多孔芯板为铝质板。
5.如权利要求3 所述的轻质多功能化夹层结构板的制作方法，其特征在于，所述上面板和下面板的厚度均为0.3~0.5mm，所述上胶膜和下胶膜的厚度均为0.1~0.2mm。
6.如权利要求4 所述的轻质多功能化夹层结构板的制作方法，其特征在于，所述上面板和下面板均为碳纤维复合材料板。
7.如权利要求1 所述的轻质多功能化夹层结构板的制作方法，其特征在于，还包括所述上面板和下面板的制作步骤，具体为：采用环氧树脂为树脂基体，碳纤维为增强体，以准各项同性的铺层方式，用单向碳纤维预浸布进行手工铺层，然后进行热压固化，最后通过机械加工得到上面板和下面板。
8.如权利要求7所述的轻质多功能化夹层结构板的制作方法，其特征在于，所述准各项同性的铺层方式为0°/90°/±45°或0°/±60 °。
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