[发明专利]一种基于复合材料铰链的轻小型多层可展开式薄膜遮光罩

说明书

本发明是一种基于复合材料铰链的轻小型多层可展开式薄膜遮光罩，由复合材料铰链、镜环、薄膜等部分组成。对遮光罩施加压缩载荷，复合材料铰链产生变形储存应变能，实现遮光罩的折叠功能；当撤去外部压缩载荷时，复合材料铰链储存的应变能将使遮光罩迅速恢复至初始构型，实现薄膜遮光罩展开功能。本发明的结构简单、成本低、整体质量小、折叠后体积小、刚度大、可靠性高，能够为光学系统提供稳定的光学、热学坏境。

技术领域

本发明提供一种基于复合材料铰链的轻小型可展开式薄膜遮光罩，属于宇宙航行领域。

背景技术

太阳辐射广泛存在于空间环境中，包含太阳光和月球反射光。太阳辐射是造成航天器故障的主要原因之一。对于空间望远镜这类的空间光学系统，绝大部分都会受到工作环境视场外杂光的影响。导致噪声过大，严重时甚至会干扰目标信号的检测和提取。复杂的空间环境对光学系统同样有着重要影响，太阳辐射会导致光学系统的材料和结构产生热变形，影响观测精度和结构安全。遮光罩能够防止光学系统因为温度过高产生热变形，为光学系统提供稳定的光学环境和热学环境，在提高成像质量、抑制消除杂光方面有着不可替代的作用，也是目前应用最广、最成熟的技术之一。遮光罩按照是否可折展分为固定式遮光罩和可折展遮光罩，可折展遮光罩体积小，重量轻，具有更加广阔的应用前景。可折展遮光罩按照驱动方式可以分类为电机驱动、充气驱动等方式，电机驱动需要增加额外的机构重量，增加了结构的复杂程度。充气驱动需要航天器携带气源，同时需配套阀门等控制装置，不利于提高整体系统的可靠性，已有的遮光罩结构方案难以兼顾可靠性和折叠展开性能。本发明提供一种基于复合材料铰链的轻小型可展开式薄膜遮光罩，具有结构简单、质量小、成本低、体积小、刚度大、可靠性高等优点。

发明内容

1.目的：本发明旨在提供基于复合材料铰链的轻小型多层可展开式薄膜遮光罩，以解决现有遮光罩存在的体积大、质量大、折展机构复杂、折展可靠性低等问题。

2.技术方案：本发明是一种基于复合材料铰链的轻小型多层可展开式薄膜遮光罩，由复合材料铰链、镜环、薄膜等部分组成。该遮光罩共有五个镜环，外形为正六边形，每两个镜环之间使用六个复合材料铰链连接，连接点位于每边的正中心位置，连接方式为胶接。复合材料铰链由两片复合材料薄板粘接组成，呈“人”字形，当铰链受到沿遮光罩轴向的压缩载荷时，复合材料铰链将在轴向被压缩，产生大变形，当压缩载荷消失，储存的应变能使得铰链恢复原状。两层镜环之间使用不透光薄膜进行包裹和连接，不透光的薄膜具有优异的力学性能、热稳定性以及透波功能，将薄膜胶接在六边形镜环的边缘并环绕一周，实现对杂光的遮蔽并为光学系统提供稳定的热学、力学环境。在本发明的基于复合材料铰链的轻小型多层可展开式薄膜遮光罩两端施加压缩载荷，能够实现遮光罩的折叠功能；当撤去外部压缩载荷时，复合材料铰链储存的应变能将使遮光罩迅速恢复至初始构型，实现薄膜遮光罩展开功能。

本发明的圆环为金属材料或者复合材料制成，若选用复合材料制成，复合材料由增强材料和聚合物材料组成，其中，所述“聚合物材料”为环氧树脂、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、反式聚异戊二烯、氰酸酯、聚氨酯、聚降冰片烯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚乙烯醇，增强材料为、碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、植物纤维或以上纤维织物或以上纤维的短切纤维，以及微米或纳米级的碳粉、碳纳米颗粒或碳纳米管。

本发明的复合材料铰链所选用的复合材料由增强材料和聚合物材料组成，其中，所述“聚合物材料”为环氧树脂、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、反式聚异戊二烯、氰酸酯、聚氨酯、聚降冰片烯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚乙烯醇，增强材料为、碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、植物纤维或以上纤维织物或以上纤维的短切纤维，以及微米或纳米级的碳粉、碳纳米颗粒或碳纳米管。

本发明的优点在于：

1、相比固定式遮光罩，本发明所述的一种基于复合材料铰链的轻小型可展开式薄膜遮光罩，具有折叠后体积小、质量轻的优点