一种C/SiC复合材料结构镜筒制造技术

本发明专利技术涉及一种C/SiC复合材料结构镜筒，该镜筒C/SiC复合材料零件包括内筒体、加强盒、加强框、主镜端法兰、次镜端法兰、调整板及销钉。金属零件包括支架、贴片和螺钉。主镜端法兰、次镜端法兰分别位于镜筒内筒体两侧，加强盒和加强框安装在内筒体外壁，调整板安装在加强盒、加强框之间，C/SiC复合材料零件之间采用C/SiC销钉铆接。金属支架安装在次法兰外侧端面，金属支架和次法兰之间使用金属贴片和金属螺钉进行固定，主法兰两侧面安装有金属贴片，使用金属螺钉与外部接口连接。该镜筒具有较高的动、静刚度和强度，具有较高的尺寸稳定性，且结构简单，节省材料，安装和拆卸方便，满足空间环境使用要求。环境使用要求。环境使用要求。

【技术实现步骤摘要】
一种C/SiC复合材料结构镜筒


[0001]本专利技术属于空间遥感相机
，特别涉及一种C/SiC复合材料结构镜筒。

技术介绍

[0002]连续碳纤维增强陶瓷基复合材料(Continuous Fiber Reinforced Ceramic MatrixComposites,CFCC)继承了陶瓷本身的低密度、高强度、抗氧化等优异特性，又克服了陶瓷脆性大和可靠性差的弱点，表现出类似于金属的断裂行为，且对裂纹不敏感、不易发生灾难性断裂，尤其是碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料，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、低温、低密度等一系列优异性能，在卫星光机结构材料领域具有巨大的应用潜力。
[0003]化学气相渗透(Chemical Vapor Infiltration,CVI)是制备碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的成熟工艺，可以在900
‑
1000℃的中温、低压或常压条件下由气态先驱体连续沉积复合材料的不同成分，即界面相、基体和外涂层。初始材料是n(通常n＝2或3)维多孔纤维预制体。在预制体制备过程中(CVI)，界面相和SiC基体被沉积到预制体孔隙内部的纤维表面。具有以下突出优点：实用性强，制备温度较低；有效实现复合材料在微观尺寸上的成分设计；适于制备高纤维体积分数、形状复杂、净尺寸、尺寸范围宽的制品；制备过程对纤维损伤小。
[0004]空间相机的镜筒是支撑主镜、次镜等光学元件的重要结构件，其筒体形状为中空筒状，内部留有光路。对镜筒的设计要求是：
[0005]1、足够的动刚度和强度，以满足火箭发射环境要求(加速度、振动、冲击等)；
[0006]2、静态刚度高、变形小，以满足地面试验要求；
[0007]3、宽温域尺寸稳定性高，保证各光学元件在安装调试、发射及服役阶段相对位置不改变，成像质量满足要求；
[0008]4、结构减重及轻量化设计；
[0009]5、保证有效的通光口径。
[0010]目前空间相机镜筒多采用钛合金、铟钢等金属材料，存在减重量有限、材料随温度变化变形量大等问题，在镜筒轻量化设计和提高结构刚度方面还有待提高。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种C/SiC复合材料结构镜筒，该镜筒具有较高的基频、动、静刚度和强度，较高的尺寸稳定性，且结构简单，节省材料，安装和拆卸方便，满足空间环境使用要求。
[0012]本专利技术的上述目标是通过如下技术方案予以实现的：
[0013]该C/SiC复合材料结构镜筒包括内筒体，所述内筒体的截面为圆弧和等腰梯形的组合，且圆弧两端和等腰梯形两腰连接处平滑过渡；所述内筒体两端设置有法兰翻边，其中一端的法兰翻边与主镜端法兰之间连接，另一端的法兰翻边与次镜端法兰连接；所述次镜
端法兰外侧端面上设置有TC4支架；所述内筒体梯形截面顶边所在的外壁上沿轴向设置有至少一组加强盒；所述内筒体梯形截面两个腰边所在的外壁上沿轴向设置有至少一组加强盒矩形加强框；所述内筒体圆弧所在的外壁上沿轴向设置有至少一组加强盒弧形加强框；所述加强盒、矩形加强框和弧形加强框的组数相适配。
[0014]对于加强盒、各类加强框的形态及数量，可以采用多种不同的组合方式，但无论采用任何结构形式，均应综合考虑足动刚度和强度，静态刚度和变形小，宽温域尺寸稳定性高，重量以及有效的通光口径五大因素，以下提供两种较为优选的方案：
[0015]①
所述加强盒为一组，一组中加强盒的数量为三个；所述矩形加强框为两组，分别覆盖于内筒体梯形截面两个腰边所在的外壁上，每组中矩形加强框的数量为三个；所述弧形加强框为四组，分别覆盖于内筒体圆弧所在的外壁上，每组中弧形加强框的数量为三个；所述位于同一径向上的一个加强盒、两个矩形加强框和四个弧形加强框组成一个加强单元，各加强单元之间均设置有调整板。加强盒和上述各种加强框沿周向及高度方向安装在内筒体外壁，加强盒和加强框之间垫有调整板，用于调节周向和高度尺寸。
[0016]②
所述加强盒为一组，一组中加强盒的数量为三个；所述矩形加强框为两组，分别覆盖于内筒体梯形截面两个腰边所在的外壁上，每组中矩形加强框的数量为三个；所述弧形加强框为四组，分别覆盖于内筒体圆弧所在的外壁上，与矩形加强框接触的两组，每组中弧形加强框的数量为三个，包括两个第一弧形加强框和一个第二弧形加强框；不与矩形加强框接触的两组，每组中包括两个第二弧形加强框，其中两个第一弧形加强框长度之和等于第二弧形加强框；所述位于同一径向上的一个加强盒、两个矩形加强框、两个第一弧形加强框和一个第二弧形加强框组成一个加强单元，位于同一径向上的一个加强盒、两个矩形加强框、两个第二弧形加强框组成一个加强单元，各加强单元之间设置有调整板。
[0017]进一步地，所述加强盒、矩形加强框、弧形加强框与调整板通过C/SiC复合材料销钉铆接；所述内筒体的法兰翻边与主镜端法兰、次镜端法兰之间采用C/SiC复合材料销钉铆接；所述主镜端法兰两侧面设置有用于使用金属螺钉与外部安装接口螺接的金属贴片。
[0018]进一步地，所述内筒体、加强盒、矩形加强框、弧形加强框的壁厚不大于2mm，主镜端法兰和次镜端法兰壁厚不大于3mm，调整板壁厚不大于3mm。
[0019]进一步地，所述内筒体法兰翻边宽度含壁厚不大于15mm，且主镜端法兰和次镜端法兰形状与内筒体法兰翻边形状相同。
[0020]进一步地，所述内筒体的法兰翻边与主镜端法兰、次镜端法兰之间采用单排C/SiC复合材料销钉铆接；所述内筒体和矩形加强框、弧形加强框之间采用双排错位C/SiC复合材料销钉铆接，所述内筒体和加强盒之间采用三排错位C/SiC复合材料销钉铆接；所述各加强盒之间、加强盒与矩形加强框之间，矩形加强框之间，矩形加强框与弧形加强框之间、弧形加强框之间均采用单排C/SiC复合材料销钉铆接。
[0021]进一步地，所述矩形加强框、弧形加强框与内筒体铆接部分宽度不大于20mm，矩形加强框之间，矩形加强框与弧形加强框之间、弧形加强框之间的铆接部分宽度不大于12mm，各加强盒之间、矩形加强框与加强盒之间间的铆接部分宽度不大于14mm。
[0022]进一步地，所述一个矩形加强框组内，从次镜端法兰到主镜端法兰之间的三个矩形加强框高度应满足，前两个矩形加强框高度之和等于靠近主镜端法兰的矩形加强框高度，且矩形加强框高度是筒体总高度的二分之一。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024](1)本专利技术C/SiC复合材料结构镜筒所有复合材料零件采用CVI工艺单独制备至一定密度进行装配、铆接，并进行CVI沉积成为1个整体，并且以主镜端法兰、次镜端法兰和中间按照一定间隔距离分布的加强盒、框为骨架，对内筒体进行加固，具有较高的动刚度和强度，满足空间环境使用要求。
[0025](2)本专利技术C/SiC复合材料结构镜筒具有较高的静刚度，地面试验条件下，X、Y、 Z三个方向重力变形小于5μm，配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种C/SiC复合材料结构镜筒，其特征在于：包括内筒体(3)，所述内筒体(3)的截面为圆弧和等腰梯形的组合，且圆弧两端和等腰梯形两腰连接处平滑过渡；所述内筒体(3)两端设置有法兰翻边，其中一端的法兰翻边与主镜端法兰之间连接，另一端的法兰翻边与次镜端法兰连接；所述次镜端法兰外侧端面上设置有TC4支架；所述内筒体(3)梯形截面顶边所在的外壁上沿轴向设置有至少一组加强盒；所述内筒体(3)梯形截面两个腰边所在的外壁上沿轴向设置有至少一组矩形加强框；所述内筒体(3)圆弧所在的外壁上沿轴向设置有至少一组加弧形加强框；所述加强盒、矩形加强框和弧形加强框的组数相适配。2.根据权利要求1所述的C/SiC复合材料结构镜筒，其特征在于：所述加强盒为一组，一组中加强盒的数量为三个；所述矩形加强框为两组，分别覆盖于内筒体(3)梯形截面两个腰边所在的外壁上，每组中矩形加强框的数量为三个；所述弧形加强框为四组，分别覆盖于内筒体(3)圆弧所在的外壁上，每组中弧形加强框的数量为三个；所述位于同一径向上的一个加强盒、两个矩形加强框和四个弧形加强框组成一个加强单元，各加强单元之间均设置有调整板。3.根据权利要求1所述的C/SiC复合材料结构镜筒，其特征在于：所述加强盒为一组，一组中加强盒的数量为三个；所述矩形加强框为两组，分别覆盖于内筒体梯形截面两个腰边所在的外壁上，每组中矩形加强框的数量为三个；所述弧形加强框为四组，分别覆盖于内筒体圆弧所在的外壁上，与矩形加强框接触的两组，每组中弧形加强框的数量为三个，包括两个第一弧形加强框和一个第二弧形加强框；不与矩形加强框接触的两组，每组中包括两个第二弧形加强框，其中两个第一弧形加强框长度之和等于第二弧形加强框；所述位于同一径向上的一个加强盒、两个矩形加强框、两个第一弧形加强框和一个第二弧形加强框组成一个加强单元，位于同一径向上的一个加强盒、两个矩形加强框、两个第二弧形加强框组成一个加强单元，各加强单元之间设置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖军刚，史思涛，吴亚明，陈旭，付志强，吕雉，赵兵兵，卜石，
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：