2011-10-12 來源:中國聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合材料 天宮一號 中國建材集團(tuán)
從2005年起，哈爾濱玻璃鋼研究院陸續(xù)承擔(dān)了三項(xiàng)“天宮一號”的研制項(xiàng)目，包括“天宮一號”資源艙推進(jìn)分系統(tǒng)先進(jìn)復(fù)合材料承力錐臺研制、“天宮一號”應(yīng)用系統(tǒng)先進(jìn)復(fù)合材料相機(jī)支架研制、“天宮一號”應(yīng)用系統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料安裝座研制。三個(gè)項(xiàng)目由林再文副院長親自負(fù)責(zé)，在他的帶領(lǐng)下，項(xiàng)目研制順利，歷經(jīng)模樣、初樣、試樣到正式應(yīng)用，完全滿足了“天宮一號”的應(yīng)用需要。此前，哈玻院曾承擔(dān)并圓滿完成了載人航天工程從“神舟一號”至“神舟七號”的相應(yīng)科研任務(wù)。
資源艙推進(jìn)分系統(tǒng)先進(jìn)復(fù)合材料承力錐臺是“天宮一號”的重要結(jié)構(gòu)件。“天宮一號”空間實(shí)驗(yàn)室資源艙包括發(fā)動(dòng)機(jī)和電源裝置等，用于提供軌道與姿態(tài)控制、電力能源供應(yīng)、熱控環(huán)控，為軌道機(jī)動(dòng)提供動(dòng)力，為飛行提供能源。資源艙推進(jìn)分系統(tǒng)主承力結(jié)構(gòu)件是“天宮一號”的重要結(jié)構(gòu)件，外形尺寸大，可分配的結(jié)構(gòu)空間和結(jié)構(gòu)重量小，載荷條件苛刻，設(shè)計(jì)和制造的技術(shù)難度較大。
哈玻院設(shè)計(jì)的碳纖維復(fù)合材料承力錐臺結(jié)構(gòu)方案，創(chuàng)造性地使用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料十字梁組合結(jié)構(gòu)作為主承力結(jié)構(gòu)件，該設(shè)計(jì)方案優(yōu)于金屬面板方案，解決了推進(jìn)分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)空間小、有效載荷難以布局的難題。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研制過程中，科研人員破解了大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的有限元設(shè)計(jì)方法及其在復(fù)雜載荷作用下的承載能力、主承力蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法等問題，攻克了產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)技術(shù)、十字梁整體成型工藝、主承力高精度要求的蜂窩板成型工藝、大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的裝配工藝等一系列關(guān)鍵技術(shù)，滿足了“天宮一號”承力錐臺工藝制造需求。
2005年起，經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿真計(jì)算分析、初樣產(chǎn)品研制、靜力試驗(yàn)、正樣產(chǎn)品研制等階段，“天宮一號”資源艙推進(jìn)分系統(tǒng)先進(jìn)復(fù)合材料承力錐臺產(chǎn)品成功交付使用。
碳纖維復(fù)合材料相機(jī)支架是“天宮一號”應(yīng)用系統(tǒng)的重要承力結(jié)構(gòu)件。為滿足空間光學(xué)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，相機(jī)支架的設(shè)計(jì)要求五個(gè)“高”：尺寸精度及形位精度要求高；線膨脹系數(shù)要求高；結(jié)構(gòu)彈性模量要求高，變形要微米數(shù)量級；產(chǎn)品基頻高，達(dá)100Hz以上；重量指標(biāo)要求高，研制的技術(shù)難度較大。
2006年，哈玻院承擔(dān)了“天宮一號”碳纖維復(fù)合材料相機(jī)支架組件的研制任務(wù)。該項(xiàng)目利用大型仿真分析軟件建立了參數(shù)化計(jì)算模型，對復(fù)合材料構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在不規(guī)則結(jié)構(gòu)的有限元分析計(jì)算方法等方面具有創(chuàng)新性，并解決了三大技術(shù)難題：不規(guī)則、不等厚、不等寬、大截面加筋結(jié)構(gòu)的工藝成型技術(shù)，復(fù)合材料加筋?yuàn)A層結(jié)構(gòu)的成型技術(shù)以及高精度雙層加筋結(jié)構(gòu)的精度控制。“天宮一號”碳纖維相機(jī)支架最終順利交付，并通過了各項(xiàng)地面試驗(yàn)考核。
碳纖維復(fù)合材料安裝座是“天宮一號”應(yīng)用系統(tǒng)空間光學(xué)相機(jī)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸的安裝支座，由碳纖維主軸、副軸軸蓋、底座以及鈦合金軸套等零部件組成。為滿足空間光學(xué)結(jié)構(gòu)件尺寸穩(wěn)定性要求高的需要，采用高模量、低膨脹系數(shù)的碳纖維制造安裝座的主體結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)研制任務(wù)由哈玻院2008年期承擔(dān)，產(chǎn)品最終順利交付，并通過了地面試驗(yàn)考核。