基于粉末填充的固化结构及其太空舱体.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201921002793.5 (22)申请日 2019.06.28 (73)专利权人 中国科学院工程热物理研究所 地址 100190 北京市海淀区北四环西路11 号 (72)发明人 郑会龙康振亚赵世迁杨肖芳 姚俊张谭 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 汤宝平 (51)Int.Cl. B29C 35/08(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 基于粉末填充的固化结构及其太空舱体 (57)摘要 一种。

2、基于粉末填充的固化结构及其太空舱 体， 其中基于粉末填充的固化结构包括： 阴面区； 阳面区， 与所述阴面区间隔设置， 能够被光照辐 射升温； 阻隔框架， 设置于所述阴面区和阳面区 之间的间隔内， 将阴面区和阳面区之间的间隔分 隔为若干封闭的粉末腔； 以及粉末， 填充于所述 粉末腔内， 所述粉末能够接收阳面区散发的热量 而被加热固化。 本实用新型能够利用阻隔框架将 阴面区和阳面区之间分隔为若干个粉末腔， 将粉 末均匀填充， 避免其在太空微重力环境下的固化 不均匀问题， 又能够利用阻隔框架的柔性来提高 空间舱体材料的体积利用率， 对提升空间舱体材 料的技术性能具有重要意义。 权利要求书1页 说明书。

3、4页 附图3页 CN 210791713 U 2020.06.19 CN 210791713 U 1.一种基于粉末填充的固化结构， 其特征在于， 包括： 阴面区； 阳面区， 与所述阴面区间隔设置， 能够被光照辐射升温； 阻隔框架， 设置于所述阴面区和阳面区之间的间隔内， 将阴面区和阳面区之间的间隔 分隔为若干封闭的粉末腔； 以及 粉末， 填充于所述粉末腔内， 所述粉末能够接收阳面区散发的热量而被加热固化。 2.根据权利要求1所述的基于粉末填充的固化结构， 其特征在于： 在每个所述粉末腔内 分别设置若干用于分散所述粉末的纤维柱， 所述纤维柱一端与所述阴面区相固定。 3.根据权利要求2所述的基于粉。

4、末填充的固化结构， 其特征在于： 所述纤维柱为中空织 物纤维柱。 4.根据权利要求2所述的基于粉末填充的固化结构， 其特征在于： 所述纤维柱的排列方 式为有序排列。 5.根据权利要求4所述的基于粉末填充的固化结构， 其特征在于： 所述纤维柱的排列方 式为对齐排列或者交错排列。 6.根据权利要求2所述的基于粉末填充的固化结构， 其特征在于： 所述纤维柱的高度为 2100mm。 7.根据权利要求1所述的基于粉末填充的固化结构， 其特征在于： 在所述阻隔框架上开 设传感器铺放槽， 用于铺设传感器， 所述传感器铺放槽的一端与外界连通， 所述传感器铺放 槽的另一端与所述粉末腔相连通， 以供所述传感器的探。

5、测头伸入所述粉末腔中。 8.根据权利要求1所述的基于粉末填充的固化结构， 其特征在于， 所述阳面区包括： 密封层， 靠近所述阴面区一侧， 用于将所述粉末密封于所述阴面区和密封层之间； 防护层， 远离所述阴面区一侧， 具有光反射性。 9.根据权利要求8所述的基于粉末填充的固化结构， 其特征在于： 所述密封层为耐高温 的有机材质。 10.根据权利要求9所述的基于粉末填充的固化结构， 其特征在于： 所述密封层为聚酰 亚胺。 11.根据权利要求9所述的基于粉末填充的固化结构， 其特征在于： 所述防护层为涂覆 于密封层远离阴面区一侧的金属涂层或者无机物涂层。 12.根据权利要求1所述的基于粉末填充的固化。

6、结构， 其特征在于： 所述阻隔框架采用 纤维通过纤维铺缝制备而成。 13.根据权利要求12所述的基于粉末填充的固化结构， 其特征在于： 所述纤维包括碳纤 维、 凯夫拉纤维或陶瓷纤维材质。 14.根据权利要求1所述的基于粉末填充的固化结构， 其特征在于： 所述粉末为无机粉 末或者有机粉末。 15.一种太空舱体， 其特征在于， 所述太空舱体包括利用如权利要求1至14任一项所述 的基于粉末填充的固化结构在光照下固化形成的太空舱体外壳。 权利要求书 1/1 页 2 CN 210791713 U 2 基于粉末填充的固化结构及其太空舱体 技术领域 0001 本实用新型涉及一种太空航天设备技术领域， 尤其涉。

7、及一种基于粉末填充的固化 结构及其太空舱体。 背景技术 0002 太空已成为美、 俄等军事强国谋求战略制衡、 打造非对称军事优势的空间领域， 严 峻的国际形势迫使我国需要在太空具备相关的大型平台快速建造和部署能力。 国际空间站 是目前地球外最大的天基平台， 建造周期极长、 成本极高。 火箭土星五号的直径为10米， 运 载能力有限， 而火箭有限的发射尺寸基本决定了未来相关设备的最大直径和运输体积， 如 果采用现有刚性材料， 则其体积与直径将会受制于运载火箭舱体的容积， 无法实现10m乃至 更大尺寸及直径太空舱的需求， 而如果采用柔性材料运输方案， 就能够充分利用材料的柔 性最大限度地填充整个运载。

8、舱， 实现大展开比的太空舱设计， 而这些功能的实现都急需相 关轻量化、 抗辐射、 抗冲击的空间舱体材料。 0003 美国私人太空公司毕格罗宇航公司研制可膨胀式空间舱设计用于太空舱建造， 但 由于采用地面固化、 太空展开的设计， 导致其展开比相对较小， 需要采用新型固化结构及方 法来进一步拓展空间舱及其他太空航天装备平台建造的空间容积。 0004 而目前国外针对粉末填充的固化结构、 固化方法研究较少， 且国内涉及粉末填充 材料的研究也相对较少。 兰州空间技术物理研究所利用粉末获得薄膜， 但是该薄膜实际上 是由气体和固体在太空微重力环境下两相流混合而成， 其均匀性会有较大问题， 且装置比 较复杂。。

9、 如果有机或无机粉末无法在太空中均匀混合， 就有可能造成用于太空的基础结构 及材料内部存在大量的孔隙， 这将严重影响结构的强度和刚度， 进而影响材料及结构在太 空中的长期使用可靠性， 也将极大限制新型固化方法在太空中的使用效果和范围， 最终制 约大型太空航天设备基础平台的实现。 实用新型内容 0005 有鉴于此， 本实用新型的主要目的在于提供一种基于粉末填充的固化结构及其太 空舱体， 以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之 0006 为达到上述目的， 作为本实用新型的一个方面， 提供了一种基于粉末填充的固化 结构， 包括 0007 阴面区； 0008 阳面区， 与所述阴面区间隔设置， 。

10、能够被光照辐射升温； 0009 阻隔框架， 设置于所述阴面区和阳面区之间的间隔内， 将阴面区和阳面区之间的 间隔分隔为若干封闭的粉末腔； 以及 0010 粉末， 填充于所述粉末腔内， 所述粉末能够接收阳面区散发的热量而被加热固化。 0011 作为本实用新型的另一个方面， 还提供了一种太空舱体， 所述太空舱体包括利用 上述基于粉末填充的固化结构在光照下固化形成的太空舱体外壳。 说明书 1/4 页 3 CN 210791713 U 3 0012 从上述技术方案可以看出， 本实用新型基于粉末填充的固化结构及其太空舱体至 少具有以下有益效果其中之一或其中一部分： 0013 1、 阻隔框架将阴面区和阳面。

11、区之间分隔为若干个粉末腔， 将粉末均匀填充， 避免 其在太空微重力环境下的固化不均匀问题； 阳面区， 能够被光照辐射升温， 使粉末能够接收 阳面区散发的热量而被加热固化， 固化方式简单， 不需要复杂的装置， 降低研发成本， 提升 在太空中的使用效果； 0014 2、 本实用新型基于粉末填充的固化结构既可以用于太空舱体的建造， 又可以用于 深空、 月表等其他应用环境结构件的建造， 具有使用寿命长、 结构重量轻等优点。 附图说明 0015 图1为本实用新型实施例一种基于粉末填充的固化结构示意图； 0016 图2为本实用新型实施例一种基于粉末填充的固化结构剖视图； 0017 图3为本实用新型实施例一。

12、种基于粉末填充的固化结构阳面区结构示意图； 0018 图4为本实用新型实施例一种基于粉末填充的固化结构使用示意图； 0019 图5为本实用新型实施例一种基于粉末填充的固化结构中空织物纤维柱排列示意 图。 0020 上述附图中， 附图标记含义如下： 0021 1-阳面区； 2-纤维阻隔框架； 3-中空织物纤维柱； 4-传感器铺放槽； 5-粉末腔； 6-阴 面区； 7-阳光； 8-舱内； 101-防护层； 102-密封层。 具体实施方式 0022 为使本实用新型的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 以下结合具体实施例， 并 参照附图， 对本实用新型作进一步的详细说明。 0023 一种基于粉末填充。

13、的固化结构， 包括： 阴面区； 阳面区， 与阴面区间隔设置， 能够被 光照辐射升温； 阻隔框架， 设置于阴面区和阳面区之间的间隔内， 将阴面区和阳面区之间的 间隔分隔为若干封闭的粉末腔； 以及粉末， 填充于粉末腔内， 粉末能够接收阳面区散发的热 量而被加热固化。 0024 在本实用新型的一些实施例中， 在每个粉末腔内分别设置若干用于分散粉末的纤 维柱， 纤维柱一端与阴面区相固定； 优选的， 纤维柱为中空织物纤维柱。 0025 在本实用新型的一些实施例中， 如图1、 图2和图4所示， 基于粉末填充的固化结构， 包括： 阳面区1， 纤维阻隔框架2， 中空织物纤维柱3， 传感器铺放槽4， 粉末腔5，。

14、 阴面区6。 其中 阳面区1主要包含防护层101和密封层102。 0026 具体地， 纤维阻隔框架2用于阴面区6和阳面区1之间分隔为若干粉末腔5， 纤维阻 隔框架2形成是通过纤维铺缝而成， 其纤维是碳纤维、 凯夫拉纤维或陶瓷纤维材质； 具有柔 性， 用于承受舱体膨胀时的拉力， 维持太空舱体的外形结构。 0027 本实用新型通过纤维阻隔框架2将阴面区6和阳面区1之间分隔为若干个粉末腔5 的设计， 将无机粉末均匀填充， 避免其在太空微重力环境下的固化不均匀问题。 0028 在本实用新型的一些优选实施例中， 如图1、 图2和图4， 中空织物纤维柱3主要用于 将纤维阻隔框架2划分的粉末腔5再进一步划分。

15、为局部细小空间， 进一步提升粉末分布的均 说明书 2/4 页 4 CN 210791713 U 4 匀性。 0029 具体地， 如图5， 中空织物纤维柱3的排列方式为有序排列， 可以是对齐排列， 也可 以是交错排列， 但不局限于此， 排列的方式达到与粉末材料的流动性能相协调的效果。 主要 用于将粉末腔5的大空间拆分成更小的空间单位， 便于粉末均匀分布， 提升材料及结构的可 靠性。 中空织物纤维柱3的高度为2100mm； 与粉末腔5的尺寸相匹配， 小于等于粉末腔5的 高度。 0030 具体地， 中空织物纤维柱3的材质包括纤维， 更具体地， 纤维材质为但不局限于碳 纤维、 芳纶纤维、 凯夫拉纤维、。

16、 陶瓷纤维等。 0031 在本实用新型的一些实施例中， 如图3， 阳面区1由防护层101和密封层102构成， 密 封层102， 靠近阴面区6一侧， 用于将粉末密封于阴面区6和密封层102之间； 防护层101， 远离 阴面区6一侧， 具有光反射性。 防护层101可以是但不局限于金属涂层或无机物涂层， 用于防 止太阳辐射对内层密封层102的破坏， 防止密封层102在太阳辐射下老化； 密封层102为耐高 温的有机物， 其材质可以为但不局限于聚酰亚胺， 密封层102用于粉末舱的密封， 避免粉末 材料在真空中逸出； 防护层的材质可以为但不局限于铝箔或其他金属及无机物； 此外， 防护 层101和密封层10。

17、2还可以是结合在一起以形成的多层隔热材料(MLI)； 防护层101或者防护 层101和密封层102结合在一起形成的多层隔热材料， 其具有光反射性和隔热性， 但是， 在强 烈的太阳光照射下， 防护层101表面温度升高， 逐渐向阴面区6一侧散发热量， 与其相紧靠的 粉末腔内的温度升高， 达到粉末固化的温度， 使其粉末固化成实体结构， 固化成型的实体结 构与防护层101配合起到双重隔热效果。 0032 在本实用新型的一些实施例中， 如图1、 图2和图4， 在纤维阻隔框架2上开设传感器 铺放槽4， 用于铺设传感器， 传感器铺放槽4的一端与外界连通， 传感器铺放槽4的另一端与 粉末腔5相连通， 以供传感。

18、器的探测头伸入粉末腔5中。 具体地， 传感器铺放槽4嵌入纤维阻 隔框架2中， 传感器探测头伸入粉末腔5内测量粉末的温度、 气压、 湿度等物理情况， 将粉末 腔5中的气压、 温度、 湿度信号传递到控制平台， 用以实时监控大型舱体各处的实时状态， 保 证材料及结构的可靠性和可监测性。 0033 具体地， 阴面区6主要用于阻隔粉末腔5和内部舱室， 用于密封内部舱室， 避免粉末 进入内部舱室造成空气的污染。 0034 具体地， 粉末包括有机粉末或者无机粉末， 粉末以微细粉末的状态存在， 且有机粉 末包括但不局限于热固性树脂粉末， 具体为环氧树脂系、 聚酯系等； 主要作用原理为有机粉 末加热状态下转变成。

19、可塑性粘流状态， 随之流动性增大填充粉末腔5， 与此同时发生缩合反 应， 交联密度不断增加， 流动性迅速下降， 有机粉末融料逐渐固化。 采用本实用新型提供的 基于粉末填充的结构解决了粉末未均匀分布的问题， 达到了固化均匀的效果。 0035 本实用新型的一些实施例中， 其粉末为有机粉末， 具体为热固性树脂粉末， 阳面区 1经太阳光照射加热， 向粉末腔5内的粉末散发热量， 粉末固化， 其阳面区1的防护层101具有 光反射性， 避免太阳光对密封层102和粉末固化的实体的辐射， 以防止材料的老化。 0036 本实用新型的一些实施例中， 优选的， 其粉末为无机粉末， 阳面区1经太阳光照射 加热， 向粉末。

20、腔5内的粉末散发热量， 粉末固化， 其无机粉末固化为实体后， 在太阳辐射的环 境下不受材料老化的影响， 满足空间舱体长期运行的需要。 0037 以下列举具体实施例来对本实用新型的技术方案作进一步说明： 说明书 3/4 页 5 CN 210791713 U 5 0038 实施例1 0039 阴面区6： 聚酰亚胺或其他有机物， 厚度0.220mm； 0040 阳面区1， 包括密封层102， 聚酰亚胺， 厚度120mm； 防护层101， 铝箔或其他金属及 无机物， 厚度0.15mm； 或防护层101和密封层102结合在一起以形成多层隔热材料(MLI)， 厚度为125mm； 0041 纤维阻隔框架2：。

21、 其壁厚为110mm， 粉末腔5高度为2100mm， 粉末腔5长宽尺寸分 别为30mm、 30mm； 0042 中空织物纤维柱3： 材质为碳纤维、 芳纶纤维或其他纤维的混合物， 其高度为与粉 末腔5相同， 每个粉末腔5中的中空织物纤维柱3的个数为9个， 排列方式为对齐排列； 0043 粉末： 热固性树脂粉末； 填充比例， 充满整个空间。 0044 固化温度为130以上。 0045 具体固化方法： 太阳光照射在防护层101上， 防护层101将太阳光反射， 避免透射入 密封层102及粉末腔5内； 防护层101受太阳光照射升温， 将热量散发给粉末腔5内的粉末， 当 粉末达到固化温度时， 即当温度为1。

22、30时， 粉末腔5内的粉末固化为实体结构。 0046 基于粉末填充的固化结构在太空舱舱体中的应用： 阳光7的方向如图4所示直接照 射在阳面区1表面上， 而舱内8则处在阴面区6一侧。 基于粉末填充的固化结构能够形成较大 规模的实体结构， 纤维阻隔框架2形成舱体的骨架， 粉末腔5内的粉体固化形成舱体的壁板， 阳面区1成为密封实体结构的外表面， 而阴面区6形成舱体的内表面， 最终形成太空舱体的 外壳。 本实用新型的基于粉末填充的固化结构形成实体， 粉末腔5内的粉体固化形成舱体的 壁板， 不仅为舱体提供稳固的支撑力， 而且与阳面区1配合起到隔热的效果， 使舱内8保持适 宜的温度。 本实用新型基于粉末填。

23、充的固化结构既可以用于太空舱体的建造， 又可以用于 深空、 月表等其他应用环境结构件的建造， 具有使用寿命长、 结构重量轻等优点。 0047 以上所述的具体实施例， 对本实用新型的目的、 技术方案和有益效果进行了进一 步详细说明， 应理解的是， 以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已， 并不用于限制本实 用新型， 凡在本实用新型的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含 在本实用新型的保护范围之内。 说明书 4/4 页 6 CN 210791713 U 6 图1 图2 说明书附图 1/3 页 7 CN 210791713 U 7 图3 图4 说明书附图 2/3 页 8 CN 210791713 U 8 图5 说明书附图 3/3 页 9 CN 210791713 U 9 。