一种用于复合材料太空在轨编织的多臂成形设备制造技术

本发明专利技术提供一种用于复合材料太空在轨编织的多臂成形设备，该设备通过环形布置的机械臂式铺放装置组合相对模具的回转运动，协同控制多个热压铺放头，实现复合材料构件高效高自由度缠绕编织成形；同时基于气囊模具设计，通过充放气实现气囊模具的收缩和膨胀变形，借助整体设备工作/非工作状态下结构体积的切换，以轻量化整体设备，达到便于火箭运载升空及在太空环境作业下缠绕编织结构件的脱模、修复和减重的目的。此外气囊气体也可作为整体设备在太空中运动及调整位姿的紧急动能。最终实现复合材料太空在轨高质高效缠绕编织成形。合材料太空在轨高质高效缠绕编织成形。合材料太空在轨高质高效缠绕编织成形。

【技术实现步骤摘要】
一种用于复合材料太空在轨编织的多臂成形设备


[0001]本专利技术属于高端装备制造
；尤其涉及一种用于复合材料太空在轨编织的多臂成形设备。

技术介绍

[0002]热塑性树脂及其复合材料近十多年来得到了迅速发展。与热固性材料相比，热塑性树脂具有优异的抗冲击韧性、耐疲劳损伤性，且成型周期短、生产效率高、可长期贮存、进行修补和回收再利用等一系列优点，在航空航天等领域得到了广泛的发展和应用。随着刚性、耐热性及耐介质性好的新型芳香族热塑性树脂基体复合材料的出现，使得热塑性复合材料克服了以往弹性模量低、抗溶剂性差、纤维与树脂结合强度低等缺点，可用于性能要求较高的结构材料。此外，热塑性复合材料易于实现“原位”成型以省去如热固性复合材料所需的“后固化”环节，从而进一步提高制品的生产效率。所谓“原位”成型，即在缠绕过程中，线材(或带材)在芯模上铺贴与定型(热固性复合材料为固化)可同时完成。
[0003]为解决空间站补给紧张的问题，突破运载火箭空间和重量的限制，太空在轨制造已成为国内外研究热点方向。目前缠绕编织设备依赖于模具，而固定的实体模具极大影响运载火箭的空间和重量的利用率。因此从轻量化、可替换性角度，开发一种用于复合材料太空在轨编织的多臂成形设备。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术公开了一种用于复合材料太空在轨编织的多臂成形设备，目的是轻量化模具设计，同时基于设备工作状态变化切换整体结构尺寸，以突破运载火箭空间和重量的限制，最终实现太空在轨缠绕编织成形相关结构件。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种用于复合材料太空在轨编织的多臂成形设备，包括壳体外圈设有环轨，环轨上设有圆周均布阵列的若干磁悬浮运动台，磁悬浮运动台组合可沿环轨进行可控的圆周运动，且各自安装有机械臂式铺放装置；壳体中心处设有伸缩式多段连接管道，连接有气囊模具，气囊模具则由壳体内部的第一压缩气源通过伸缩式多段连接管道内的可伸缩充气管道实现充放气的变形操作，壳体内部的第二压缩气源用于壳体底部的喷管气体供给，以实现成形设备整体在太空中运动姿态的调整。
[0007]进一步的，所述的机械臂式铺放装置运动主体为六轴机械臂；执行末端为热压铺放头，结构包括储料仓和两个热压辊；储料仓内存有热塑性预浸带材；机械臂式铺放装置基于磁悬浮运动台组合沿环轨进行的圆周运动，在充满状态下的气囊模具上进行缠绕编织操作，最终形成缠绕编织结构件。
[0008]机械臂式铺放装置可通过协同执行末端的旋转自由度，实现编织角度变化控制，以便进行工艺强化缠绕编织件的性能设计。
[0009]进一步的，所述的伸缩式多段连接管道包括上管道、中管道和下管道，其中伸缩式
多段连接管道由电控板通过数据线驱动控制伸缩变形，上管道连接有气囊模具；当本专利技术提供一种用于复合材料太空在轨编织的多臂成形设备处于工作状态时，伸缩式多段连接管道进行伸开变形，气囊模具被推出至合适位置，并进行充气变形，以便于机械臂式铺放装置进行缠绕编织；当本专利技术提供一种用于复合材料太空在轨编织的多臂成形设备处于非工作状态时，伸缩式多段连接管道进行收缩变形，气囊模具放出气体以收缩体积，便于拉回放置。
[0010]气囊模具包括以下具体有益场景的应用：
[0011]①
脱模：完成缠绕编织作业后，通过气囊模具放出气体收缩体积，也便于脱下模具，投入应用场景中；
[0012]②
修复：可将气囊模具送入罐体类结构件中，充气膨胀气囊固定结构件，通过缠绕编织方式进行修复；
[0013]③
减重：可替换气囊模具以适应不同结构件，相对于传统实体模具，极大减少了飞行器的负载；
[0014]进一步的，第一压缩气源的第一充气管道段和第二压缩气源的第二充气管道段连接处设有可控的气阀，第一压缩气源主要用于气囊模具充放气，第二压缩气源主要用于喷管气体供给；紧急情况下，第一压缩气源可通过气阀供给喷管动力。
[0015]本专利技术的有益效果如下：
[0016](1)通过环形布置的机械臂式铺放装置组合相对模具的回转运动，协同控制多个热压铺放头，实现复合材料构件高效高自由度缠绕编织成形；
[0017](2)通过充放气实现气囊模具的收缩和膨胀变形，实现整体设备轻量化设计，达到便于太空环境作业下缠绕编织结构件的脱模、修复和减重的目的；
[0018](3)气囊气体也可作为整体设备在太空中运动及调整位姿的紧急动能。
附图说明
[0019]图1为本专利技术中设备整体结构示意图(气囊模具充满状态)。
[0020]图2为本专利技术中机械臂式铺放装置执行末端局部示意图。
[0021]图3为本专利技术中伸缩式多段连接管道局部示意图(气囊模具收缩状态)。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0023]如图1所示，本实施例为一种用于复合材料太空在轨编织的多臂成形设备，设备壳体0400外圈设有环轨1100，环轨1100上设有圆周均布阵列的若干磁悬浮运动台0700，磁悬浮运动台0700组合可沿环轨1100进行可控的圆周运动，且各自安装有机械臂式铺放装置0300；壳体0400中心处设有伸缩式多段连接管道0800，连接有气囊模具0100，气囊模具0100则由壳体0400内部的第一压缩气源1000通过伸缩式多段连接管道0800内的可伸缩充气管道0900实现充放气的变形操作。
[0024]壳体0400内部的第二压缩气源0600用于壳体0400底部的喷管1200气体供给，以实现成形设备整体在太空中运动姿态的调整。
[0025]所述第一压缩气源1000上的第一充气管道段0901和第二压缩气源0600上的第二充气管道段0902连接处设有可控的气阀1300，第一压缩气源1000主要用于气囊模具0100充放气，第二压缩气源0600主要用于喷管1200气体供给；紧急情况下，第一压缩气源1000可通过气阀1300供给喷管1200动力。
[0026]如图2所示，所述的机械臂式铺放装置0300运动主体为六轴机械臂0301；执行末端为热压铺放头，结构包括储料仓0302和两个热压辊0304；储料仓内存有热塑性预浸带材0303；机械臂式铺放装置0300基于磁悬浮运动台0700组合沿环轨1100进行的圆周运动，在充满状态下的气囊模具0100上进行缠绕编织操作，最终形成缠绕编织结构件0200。
[0027]机械臂式铺放装置可通过协同执行末端的旋转自由度，实现编织角度变化控制，以便进行工艺强化缠绕编织件的性能。同时执行末端的可加装压力传感器以便于更好的贴合气囊模具0100进行缠绕操作。
[0028]如图3所示，所述的伸缩式多段连接管道0800本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于复合材料太空在轨编织的多臂成形设备，其特征在于，包括壳体(0400)，壳体(0400)外圈设有环轨(1100)，环轨(1100)上设有圆周均布阵列的若干磁悬浮运动台(0700)，磁悬浮运动台(0700)组合沿环轨(1100)进行圆周运动，且各自安装有机械臂式铺放装置(0300)；壳体(0400)中心处设有伸缩式多段连接管道(0800)，伸缩式多段连接管道(0800)的一端连接有气囊模具(0100)，其中气囊模具(0100)通过第一压缩气源(100)，实现充放气的变形操作，第一压缩气源(1000)和第二压缩气源(0600)均设置在壳体(0400)的内部；第一压缩气源(1000)通过第一充气管道段(0901)与可伸缩充气管道(0900)连接，可伸缩充气管道(0900)设在伸缩式多段连接管道(0800)内；第二压缩气源(0600)用于壳体(0400)底部的喷管(1200)气体供给。2.根据权利要求1所述的一种用于复合材料太空在轨编织的多臂成形设备，其特征在于，所述的机械臂式铺放装置(0300)运动主体为六轴机械臂(0301)；执行末端为热压铺放头，结构包括储料仓(0302)和两个热压辊(0304)；储料仓内存有热塑性预浸带材(0303)；机械臂式铺放装置(0300)基于磁悬浮运动台(0700)组合沿环轨(1100)进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：单忠德，郑菁桦，范聪泽，宋文哲，陈意伟，宋亚星，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：