一种恒升力充气闭孔微结构浮空材料单元制造技术

本发明专利技术公开了一种恒升力充气闭孔微结构浮空材料单元，所述浮空材料单元包括立方框架、内部支撑骨架、外气阀、功能凝胶体贮存室、内气阀、弹性蒙皮，其中：所述立方框架的每个面均覆盖弹性蒙皮密封；所述外气阀设置在弹性蒙皮边缘区域；所述内气阀设置在弹性蒙皮中心区域；所述内部支撑骨架设置在立方框架的内部且与每个面的弹性蒙皮中心区域相交，形成镂空的半弹性蒙皮；所述功能凝胶体贮存室设置在内部支撑骨架的内部；所述功能凝胶体贮存室的内部充满功能性凝胶材料。本发明专利技术的充气闭孔微结构浮空材料单元可以极大地提高当前浮空器的服役稳定性、可靠性和服役时间，实现长时间稳定驻空。

【技术实现步骤摘要】
一种恒升力充气闭孔微结构浮空材料单元
本专利技术属于浮空
，涉及一种用于分体式弱关联模块化浮空平台的恒升力充气闭孔微结构浮空材料单元。
技术介绍
浮空器不仅在生产生活中具有广泛的使用价值，如代替卫星提供定点驻空作业、作为应急通讯站、检测森林火势险情、大气监测等，而且在军事上也拥有广泛的应用前景，如布置空中飘雷阻退进犯来敌等。然而，现有浮空器所采用的大容积冲压维形技术使得产品质量控制难度大、工业生产标准化、规模化困难；而且大型囊体压力控制不易且受到外界环境影响明显，从而使得大型囊体的稳定性和安全性降低。随着生产生活、军事应用需求的提高，具备长久驻空能力，兼具防空驻空与结构承载能力的浮空器成为目前发展的需求。然而，现有设计范式无法满足这些需求，其成本和质量控制也无法行之有效的实施。为了解决和实现高效稳定驻空和快速部署响应，更需要进行相应产品的研发与设计。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有浮空器存在的上述问题，提供了一种恒升力充气闭孔微结构浮空材料单元，可用于构建分体式弱关联模块化浮空平台。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种恒升力充气闭孔微结构浮空材料单元，包括立方框架、内部支撑骨架、外气阀、功能凝胶体贮存室、内气阀、弹性蒙皮，其中：所述立方框架的每个面均覆盖弹性蒙皮密封；所述外气阀设置在弹性蒙皮边缘区域；所述内气阀设置在弹性蒙皮中心区域；所述外气阀与内气阀设置在弹性蒙皮的同一面上；所述内部支撑骨架设置在立方框架的内部且与每个面的弹性蒙皮中心区域相交，形成镂空的半弹性蒙皮；所述功能凝胶体贮存室设置在内部支撑骨架的内部；所述功能凝胶体贮存室的内部充满功能性凝胶材料。相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：1、充气闭孔微结构浮空材料单元在产品制作中，可以实现便利的质量和成本控制，不仅可以实现产品制作的工业化而且可以使产品的标准化成为可能。2、根据实际工况中需要部署充气闭孔微结构浮空材料单元数量的多少，定向的产品制作和大规模组装可以大幅度提高空间飞行器的应急响应效率。3、由于充气闭孔微结构浮空材料单元兼具自适应特性和刚度支撑特性，所以其单个单元以及大规模部署的浮空平台的压差维形难度小，整体的结构稳定性提高。4、传统浮空器对外界环境变化不敏感，本专利技术的充气闭孔微结构浮空材料单元可以极大地提高当前浮空器的服役稳定性、可靠性和服役时间，实现长时间稳定驻空。5、充气闭孔微结构浮空材料单元内含功能性凝胶材料，可以实现驻空与毁伤打击功能一体化，为实现大规模占空、驻空、防空提供了设计灵感和必要保证。附图说明图1为本专利技术恒升力充气闭孔微结构浮空材料单元的地面充气状态示意图；图2是本专利技术恒升力充气闭孔微结构浮空材料单元的工作状态示意图；图3是本专利技术恒升力充气闭孔微结构浮空材料单元的爆炸分解示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。参见图1至图3，本专利技术提供的用于分体式弱关联模块化浮空平台的恒升力充气闭孔微结构浮空材料单元由立方框架1、内部支撑骨架2、外气阀3、功能凝胶体贮存室4、内气阀5、弹性蒙皮6构成。所述立方框架1的每个面均覆盖弹性蒙皮6密封，内部支撑骨架2设置在立方框架1的内部且与每个面的弹性蒙皮6中心区域相交。弹性蒙皮6与立方框架1热合粘接以保持材料单元的密闭性，弹性蒙皮6与内部支撑骨架2的圆形相交区域热合粘接，形成镂空的半弹性蒙皮，这样在立方框架1的协助下弹性蒙皮6既可以弹性变形又可以提供较大的结构刚度。所述外气阀3设置在弹性蒙皮6边缘区域，内气阀5设置在弹性蒙皮6中心区域，且外气阀3与内气阀5设置在弹性蒙皮6的同一面上。由于内部支撑骨架2的隔离作用，冲入外气阀3和冲入内气阀5的气体可以实现压强差异。在以弹性蒙皮6密闭的空间中冲入氦气，即先抽真空再冲氦气，冲入体积为标准大气压下小于材料单元的内部体积；在地面标准大气压充气状态时，该材料单元的弹性蒙皮6是内缩的，随着高度上升气压逐渐降低，该材料单元膨胀，至工作高度时弹性蒙皮6变为平面，实现自动调节。所述功能凝胶体贮存室4设置在内部支撑骨架2的内部，功能凝胶体贮存室4内部充满功能性凝胶材料。在遇到危险来犯时，通过主动或被动触发发生爆炸释放内部功能性凝胶，布满空间形成空中飘云对敌方造成化学、物理等毁伤。另外多个材料单元的关联使用不会对彼此产生影响。本专利技术中，所述立方框架1和内部支撑骨架2采用碳纤维材料、轻质合金材料、形状记忆合金材料制成，其边长为1~10000cm，其线密度为10~1500g/m2。本专利技术中，所述功能凝胶体贮存室4采用弹性高分子材料或智能材料制成，内部功能凝胶基于表面化学接枝技术制成，使得内部功能凝胶具有电磁干扰等功能。本专利技术中，所述弹性蒙皮6采用弹性高分子材料或智能材料制成，其平均面密度为1~100g/m2。本专利技术中，所述恒升力充气闭孔微结构浮空材料单元的工作高度为2000~3500m，氦气冲入体积为标准大气压下立体框架1内部体积的50~80%。本专利技术中，所述内部支撑骨架的结构及形状无具体要求，可以是一种例如Schwarz'PSurface的极小曲面。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒升力充气闭孔微结构浮空材料单元，其特征在于所述浮空材料单元包括立方框架、内部支撑骨架、外气阀、功能凝胶体贮存室、内气阀、弹性蒙皮，其中：所述立方框架的每个面均覆盖弹性蒙皮密封；所述外气阀设置在弹性蒙皮边缘区域；所述内气阀设置在弹性蒙皮中心区域；所述外气阀与内气阀设置在弹性蒙皮的同一面上；所述内部支撑骨架设置在立方框架的内部且与每个面的弹性蒙皮中心区域相交，形成镂空的半弹性蒙皮；所述功能凝胶体贮存室设置在内部支撑骨架的内部；所述功能凝胶体贮存室的内部充满功能性凝胶材料。

【技术特征摘要】
1.一种恒升力充气闭孔微结构浮空材料单元，其特征在于所述浮空材料单元包括立方框架、内部支撑骨架、外气阀、功能凝胶体贮存室、内气阀、弹性蒙皮，其中：所述立方框架的每个面均覆盖弹性蒙皮密封；所述外气阀设置在弹性蒙皮边缘区域；所述内气阀设置在弹性蒙皮中心区域；所述外气阀与内气阀设置在弹性蒙皮的同一面上；所述内部支撑骨架设置在立方框架的内部且与每个面的弹性蒙皮中心区域相交，形成镂空的半弹性蒙皮；所述功能凝胶体贮存室设置在内部支撑骨架的内部；所述功能凝胶体贮存室的内部充满功能性凝胶材料。2.根据权利要求1所述的恒升力充气闭孔微结构浮空材料单元，其特征在于所述弹性蒙皮与立方框架热合粘接。3.根据权利要求1所述的恒升力充气闭孔微结构浮空材料单元，其特征在于所述内部支撑骨架与弹性蒙皮的相交区域热合粘接。4.根据权利要求1或2所述的恒升力充气闭孔微结构浮空材料单元，其特征在于所述立方框架采用碳纤维材料、轻质合金材料、形状记忆合金材料制成，其边长为1~10000cm，其线密度为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长国，谭惠丰，王亚飞，邱星翰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23