C/SiC复合材料次镜筒筒身及其制备方法和次镜筒结构技术

本发明专利技术涉及一种C/SiC复合材料次镜筒筒身及其制备方法和次镜筒结构，以解决现有C/SiC复合材料镜筒分体式结构导致力学分析结果偏离设计，且分体冗余连接导致镜筒整体结构质量大技术问题。该筒身包括内筒体、凸缘和加强筋，内筒体、凸缘和加强筋一体成型且材料为C/SiC复合材料。筒身的制备方法包括：1、获取筒体模具和五面盒体模具；2、铺设第一碳纤维布层；3、铺设第二碳纤维布层；4、将第一碳纤维布层和第二碳纤维布层缝制为一个整体；5、化学气相沉积。该次镜筒结构包括上述筒身，和与筒身固定连接的支撑结构；支撑结构包括由三个支架和加强环；三个所述支架和加强环均采用SiC/SiC复合材料。合材料。合材料。

【技术实现步骤摘要】
C/SiC复合材料次镜筒筒身及其制备方法和次镜筒结构


[0001]本专利技术涉及次镜筒结构和次镜筒筒身的制备方法，具体涉及一种C/SiC复合材料次镜筒筒身及其制备方法和次镜筒结构。

技术介绍

[0002]随着航天光学遥感技术的迅速发展，对空间光学系统结构刚度和尺寸精度提出了越来越高的要求。次镜筒是光学遥感器的关键光学部件之一，也是最重要的主支撑结构，用于光学探测器及其相关电路的支撑，起着保证镜面面形和镜面距离的作用，从而直接影响光学系统的成像质量，具有较高的热稳定性和力学性能要求。因此，对于次镜筒的材料选择，除必须具有密度小、刚度高、强度高、断裂韧性高等特性外，还必须满足光学要求，如尺寸精度高、干湿稳定性好、热稳定性高、导热性高等。
[0003]碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC复合材料)，综合了C/C复合材料和SiC陶瓷的优点，具有比强高、比模量高、温度稳定性好、耐高温、耐低温、低密度等一系列优异性能，在光学遥感器结构材料领域具有巨大的应用潜力。同时，碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的可设计性强、成型工艺性好，有效利用这两种特点对镜筒结构进行优化设计，可最终制备出高性能、适合空间环境的C/SiC复合材料镜筒。
[0004]使用C/SiC复合材料的镜筒轴向热位移与焦面热位移一致，可以使离焦量达到最小值。为了提高镜筒的结构刚度和强度，常常在其镜筒外表面或者内表面布置一定数量的纵筋和环筋。一般的C/SiC复合材料镜筒多采用分体成型
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组装连接的方法，即筒体与加强筋分别成型后再引入销钉、螺栓等连接结构使其成为一个整体。但是，连接部位的刚度和强度损失很难准确模拟，因此，成品与设计阶段的力学分析结果具有较大偏差；并且，使用C/SiC复合材料连接件(销钉、螺栓等)进行分体连接后，需要多次进行CVI以填充冗余连接缝隙，从而导致整个镜筒结构质量变大，无法实现轻量化设计。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于解决现有C/SiC复合材料镜筒分体式结构导致力学分析结果偏离设计，且分体冗余连接导致镜筒整体结构质量大的技术问题，提出一种C/SiC复合材料次镜筒筒身及其制备方法和次镜筒结构。
[0006]本专利技术的技术方案为：
[0007]一种C/SiC复合材料次镜筒筒身，其特殊之处在于：包括内筒体、凸缘和加强筋；
[0008]所述凸缘包括分别位于所述内筒体两端且向外侧凸出的第一凸缘和第二凸缘；
[0009]所述加强筋包括至少一个周向加强筋和多个轴向加强筋；所述周向加强筋位于所述内筒体外侧且沿周向环绕所述内筒体，所述轴向加强筋位于所述内筒体外侧且沿轴向延伸到内筒体的两端；
[0010]所述内筒体、凸缘和加强筋一体成型且材料为C/SiC复合材料。
[0011]进一步地，还包括设置在第一凸缘上的第一法兰调节板和设置在第二凸缘上的第
二法兰调节板；
[0012]所述第一法兰调节板侧面通过胶接沿周向均匀设置多个上金属安装片，第一凸缘侧面通过胶接沿周向均匀设置多个下金属安装片，上金属安装片与下金属安装片对应设置用于将第一法兰调节板和第一凸缘夹持在中间；依次沿所述上金属安装片、第一法兰调节板、第一凸缘和下金属安装片具有贯穿设置的第一连接通孔；
[0013]所述第二凸缘和第二法兰调节板沿周向均匀贯穿设置有多个金属镶套，金属镶套的一端与第二凸缘的表面齐平，另一端设置有端帽在第二法兰调节板表面形成台阶；金属镶套具有贯穿设置的第二连接通孔；
[0014]所述第一法兰调节板采用C/SiC复合材料，厚度不大于4mm，第一法兰调节板与第一凸缘通过C/SiC复合材料销钉铆接；
[0015]所述第二法兰调节板采用C/SiC复合材料，厚度不大于4mm，第二法兰调节板与第二凸缘通过C/SiC复合材料销钉铆接。
[0016]进一步地，所述内筒体的径向壁厚为2.5～4mm；
[0017]所述周向加强筋沿轴向上的厚度为2.5～4mm；所述轴向加强筋沿周向上的厚度为2.5～4mm；
[0018]所述凸缘沿轴向上的厚度为1.5～2mm。
[0019]本专利技术还提供一种上述C/SiC复合材料次镜筒筒身的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0020]S1、获取模具，所述模具包括筒体模具和多个与所述筒体模具配合的五面盒体模具；
[0021]所述筒体模具具有用于与所述内筒体的内侧表面相互配合的外表面；
[0022]所内筒体的外侧具有由所述凸缘和加强筋围绕出的多个减重槽；多个所述五面盒体模具的外型面用于与各个所述减重槽一一对应的配合；
[0023]S2、在筒体模具的外表面铺设碳纤维布，形成第一碳纤维布层；
[0024]S3、在五面盒体模具的外型面铺设碳纤维布，形成第二碳纤维布层；
[0025]S4、将第一碳纤维布层与第二碳纤维布层之间，及相邻的第二碳纤维布层之间缝合，使得第一碳纤维布层和第二碳纤维布层被缝合为一个整体，形成碳纤维预制体；
[0026]S5、对碳纤维预制体多次进行化学气相沉积，并在多次化学气相沉积的间隙逐步去除筒体模具和五面盒体模具。
[0027]进一步地，步骤S1中，所述筒体模具和多个与所述筒体模具配合的五面盒体模具均为石墨模具；
[0028]步骤S2和步骤S3中，所述碳纤维布为二维平纹碳纤维布。
[0029]同时，本专利技术还提供一种次镜筒结构，其特殊之处在于：包括上述C/SiC复合材料次镜筒筒身，和与筒身固定连接的支撑结构；
[0030]所述支撑结构包括由三个支架和加强环；
[0031]所述三个支架的第一端沿周向均匀固定连接在第二凸缘上；三个支架的第二端与加强环固定连接；
[0032]三个所述支架和加强环均采用SiC/SiC复合材料。
[0033]进一步地，各个所述支架包括对称设置的两个子支架，两个子支架之间采用SiC/
SiC销钉连接；
[0034]所述支架还包括三爪连接板，三爪连接板包括三爪内连接板、三爪外连接板和三爪调节板；
[0035]对应两个子支架的第一端分别向相反方向形成连接槽，所述连接槽具有子支架内连接板、子支架外连接板和子支架底连接板；
[0036]对应两个子支架的所述子支架内连接板通过SiC/SiC销钉与三爪内连接板连接，对应两个子支架的所述子支架外连接板通过SiC/SiC销钉与三爪外连接板连接，对应两个子支架的所述子支架底连接板通过C/SiC销钉与三爪调节板和第二凸缘固定连接。
[0037]进一步地，对应两个所述子支架的第二端形成与加强环外侧面弧度相匹配的弧形连接段，相邻支架的相邻两个子支架的弧形连接段层叠设置并通过SiC/SiC销钉连接固定在加强环上；
[0038]所述支架的两个子支架形成的两个弧形连接段与加强环形成间隙，间隙内设置有金属安装块，金属安装块包括调平端帽和连接体，所述连接体与所述间隙相匹配用于插入间隙实现连接，所述调平端帽的凸沿下端面与弧形连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种C/SiC复合材料次镜筒筒身，其特征在于：包括内筒体(103)、凸缘和加强筋；所述凸缘包括分别位于所述内筒体(103)两端且向外侧凸出的第一凸缘(104)和第二凸缘(110)；所述加强筋包括至少一个周向加强筋(102)和多个轴向加强筋(101)；所述周向加强筋(102)位于所述内筒体(103)外侧且沿周向环绕所述内筒体(103)，所述轴向加强筋(101)位于所述内筒体(103)外侧且沿轴向延伸到内筒体(103)的两端；所述内筒体(103)、凸缘和加强筋一体成型且材料为C/SiC复合材料。2.根据权利要求1所述的C/SiC复合材料次镜筒筒身，其特征在于：还包括设置在第一凸缘(104)上的第一法兰调节板(109)和设置在第二凸缘(110)上的第二法兰调节板(105)；所述第一法兰调节板(109)侧面通过胶接沿周向均匀设置多个上金属安装片，第一凸缘(104)侧面通过胶接沿周向均匀设置多个下金属安装片(107)，上金属安装片与下金属安装片(107)对应设置用于将第一法兰调节板(109)和第一凸缘(104)夹持在中间；依次沿所述上金属安装片、第一法兰调节板(109)、第一凸缘(104)和下金属安装片(107)具有贯穿设置的第一连接通孔；所述第二凸缘(110)和第二法兰调节板(105)沿周向均匀贯穿设置有多个金属镶套(108)，金属镶套(108)的一端与第二凸缘(110)的表面齐平，另一端设置有端帽在第二法兰调节板(105)表面形成台阶；金属镶套(108)具有贯穿设置的第二连接通孔；所述第一法兰调节板(109)采用C/SiC复合材料，厚度不大于4mm，第一法兰调节板(109)与第一凸缘(104)通过C/SiC复合材料销钉(106)铆接；所述第二法兰调节板(105)采用C/SiC复合材料，厚度不大于4mm，第二法兰调节板(105)与第二凸缘(110)通过C/SiC复合材料销钉(106)铆接。3.根据权利要求1或2所述的C/SiC复合材料次镜筒筒身，其特征在于：所述内筒体(103)的径向壁厚为2.5～4mm；所述周向加强筋(102)沿轴向上的厚度为2.5～4mm；所述轴向加强筋(101)沿周向上的厚度为2.5～4mm；所述凸缘沿轴向上的厚度为1.5～2mm。4.一种权利要求1
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3所述的C/SiC复合材料次镜筒筒身的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取模具，所述模具包括筒体模具和多个与所述筒体模具配合的五面盒体模具；所述筒体模具具有用于与所述内筒体(103)的内侧表面相互配合的外表面；所述内筒体(103)的外侧具有由所述凸缘和加强筋围绕出的多个减重槽；多个所述五面盒体模具的外型面用于与各个所述减重槽一一对应配合；S2、在筒体模具的外表面铺设碳纤维布，形成第一碳纤维布层；S3、在五面盒体模具的外型面铺设碳纤维布，形成第二碳纤维布层；S4、将第一碳纤维布层与第二碳纤维布层之间，及相邻的第二碳纤维布层之间缝合，使得第一碳纤维布层和第二碳纤维布层被缝合为一个整体，形成碳纤维预制体；S5、对碳纤维预制体多次进...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨攀，廖军刚，史思涛，苏海龙，张倩，宋海龙，吕雉，陈旭，田录录，邢朝阳，
申请(专利权)人：西安鑫垚陶瓷复合材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：