CN109597185A - 一种桁架杆的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于空间光学遥感技术领域，特别涉及一种桁架杆的制作方法。通过适当调整桁架杆设计中的某一理论参数，使桁架杆左右两侧具有不同的线胀系数设计值，并据此制作桁架杆；截取左右两侧各一小段桁架杆，并实测其线胀系数；根据实测线胀系数计算桁架杆各区段长度占比；截取多余段后，得到要求长度和膨胀系数的桁架杆。该方法充分考虑碳纤维桁架杆实际加工中工艺参数对零膨胀特性的影响，有效降低了工艺参数控制难度，从而实现真正的零膨胀桁架杆制造。
Description
技术领域
本发明属于空间光学遥感技术领域，特别涉及一种桁架杆的制作方法。
背景技术
空间光学遥感器主支撑结构是整个光机结构设计的重点，通常要求主支撑结构具有足够高的动静态刚度，良好的热尺寸稳定性。空间桁架结构因其高比刚度、高稳定性等优势被广泛应用于光学遥感器中。
碳纤维复合材料轻质、线膨胀系数小、刚度强度高，是制作桁架杆的理想选择。因此，零膨胀桁架杆的加工制作，成为实现光学遥感器高稳定性的关键。通常采取的做法是：通过调整碳纤维的铺层厚度、铺层角度、铺层顺序等参数来进行零膨胀桁架杆的理论设计，然后根据理论设计的铺层参数制作桁架杆。这种操作方式缺陷在于，桁架杆制作时，各铺层参数实际值会偏离理论设计值，从而无法得到真正的零膨胀桁架杆。
发明内容
为了解决桁架杆加工制作过程中铺层参数难以精确控制，无法实现真正零膨胀的问题，本发明提供一种零膨胀桁架杆制作方法，通过适当差异化左右两段的线膨胀系数设计值，并协调桁架杆中不同线胀系数区段所占的长度比例，得到要求长度和线膨胀系数的桁架杆。
本发明的技术解决方案是提供一种桁架杆的制作方法，包含以下步骤：
步骤一：长度为L、线膨胀系数为αdesire的桁架杆理论铺层参数设计；
步骤二：微调步骤一中获得的任一理论铺层参数(如某铺层的铺层角度改变5°)，使左段桁架杆L′L与右段桁架杆L′R具有不同的线膨胀系数值，并根据调整后的铺层参数制作长度为L的桁架杆，则有L＝L′R+L′L(通常以中分面作为左右两段的分界点，即L′R＝L′L)；
步骤三：从步骤二制备好的桁架杆左右两端各截取一段等长试样，并分别测量两段试样的实际线膨胀系数αL和αR；
步骤四：继续截取步骤三之后桁架杆的左右两端，使左右两段桁架杆的剩余长度分别为LL和LR；
其中αdesire为目标线膨胀系数，Ldesire为目标桁架杆长度，Ldesire﹤L，各参数满足以下关系：
Ldesire＝LL+LR
αLLL+αRLR＝αdesireLdesire。
进一步地，对于零膨胀桁架杆，αdesire＝0，
得到下式即为零膨胀桁架杆制作的依据。
αLLL+αRLR＝0。
进一步地，αL和αR需互为正负，且绝对值相差不大。
进一步地，步骤四之后还包括步骤五：复测桁架杆剩余段Ldesire的线膨胀系数α′desire，若α′desire＝αdesire,则得到目标桁架杆。对于零膨胀设计，则得到要求的零膨胀桁架杆。
进一步地，步骤三与步骤五中桁架杆线胀系数的测试环境一致。
进一步地，桁架杆制作材料为碳纤维/环氧树脂材料。
本发明的有益效果是：
通过适当差异化左右两段的线膨胀系数设计值，并协调桁架杆中不同线胀系数区段所占的长度比例，得到要求长度和线膨胀系数的桁架杆。该方法充分考虑了碳纤维桁架杆实际加工中工艺参数对产品零膨胀特性的影响，有效降低了工艺参数的控制难度，从而实现真正的零膨胀。
附图说明
图1为实施例中零膨胀桁架杆制作过程剖视图；
图2为零膨胀桁架杆最终结构图。
具体实施方式
本发明的核心思想是：通过适当调整桁架杆设计中的某一理论参数，使桁架杆左右两侧具有不同的线胀系数值，并据此制作桁架杆；截取左右两端各一小段桁架杆，并实测其线胀系数；根据实测线胀系数计算桁架杆各区段长度占比；截取多余段后，得到要求长度和膨胀系数的桁架杆。该方法充分考虑碳纤维桁架杆实际加工中工艺参数对膨胀特性的影响，有效降低了工艺参数控制难度，从而实现真正的零膨胀桁架杆制造。
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述，本实施例以线膨胀系数为零的零膨胀桁架杆为例进行描述。
S1：零膨胀桁架杆的理论铺层参数设计。
S2：微调铺层参数(如某铺层的铺层角度改变5°)使桁架杆左右两侧(左右两侧以中分面为分界点)具有不同的线膨胀系数；要求调整该设计参数后，桁架杆左右两侧的线胀系数αL和αR应互为正负，且绝对值相差不大。
S3：根据步骤S2微调后的铺层参数进行桁架杆制作；桁架杆材料为碳纤维/环氧树脂材料，且初始制作长度应大于最终要求长度Ldesire，初始长度如图1所示，为A+C+LL+LR+D+B。
S4：从步骤S3制备好的桁架杆左右两端分别截取左侧测试段，长度为A，和右侧测试段，长度为B，并测量两段的实际膨胀系数αL和αR。截取的测试段试样长度应相等，即A＝B。
S5：依据下列公式计算左右两段剩余桁架杆的长度LL和LR，分别在步骤S4截取后的桁架杆左右两端截取长度为C的左侧截取段与长度为D的右侧截取段，使左侧剩余段和右侧剩余段长度分别符合计算获得的LL和LR。
对于零膨胀桁架杆，则有αdesire＝0，此时：
S6：复测桁架杆剩余段LL+LR的线膨胀系数αdesire。若αdesire＝0,由此得到便是需求的零膨胀桁架杆，测试环境与步骤S4中的一致。
本实施方式中，各参数应满足以下关系：
Ldesire＝LL+LR
αLLL+αRLR＝0
以上所述为本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，还可以进行若干修饰和改进，这些改进和修饰同属本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种桁架杆的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：长度为L、线膨胀系数为αdesire的桁架杆理论铺层参数设计；
步骤二：微调步骤一中获得的任一理论铺层参数，使左段桁架杆L′L与右段桁架杆L′R具有不同的线膨胀系数值，并根据调整后的铺层参数制作长度为L的桁架杆，则有L＝L′R+L′L；
步骤三：从步骤二制备好的桁架杆左右两端各截取一段等长试样，并分别测量两段试样的实际线膨胀系数αL和αR；
步骤四：继续截取步骤三之后桁架杆的左右两端，使左右两段桁架杆剩余长度分别为LL和LR；
其中αdesire为目标线膨胀系数，Ldesire为目标桁架杆长度，Ldesire﹤L，Ldesire＝LL+LR。
2.根据权利要求1所述的桁架杆的制作方法，其特征在于，步骤四中：对于零膨胀桁架杆，αdesire＝0，
3.根据权利要求2所述的桁架杆的制作方法，其特征在于：αL和αR互为正负，且绝对值相差不大。
4.根据权利要求1所述的桁架杆的制作方法，其特征在于：步骤四之后还包括步骤五：复测桁架杆剩余段Ldesire的线膨胀系数α′desire，若α′desire＝αdesire,则得到目标桁架杆。
5.根据权利要求4所述的桁架杆的制作方法，其特征在于：步骤三与步骤五中桁架杆线胀系数的测试环境一致。
6.根据权利要求1所述的桁架杆的制作方法，其特征在于：桁架杆制作材料为碳纤维/环氧树脂材料。
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| CN111538131A (zh) * | 2020-06-04 | 2020-08-14 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 用于空间光学相机的轴向消热桁架支撑机构 |
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