超長復合材料應變能桿件連續自動化成型技術及應用（上） zund L-1200-pe台中雷射切割雕刻代工－吳婕妤焦點新聞熱搜

采用先進復合材料制造的應變能桿依靠收攏儲存的應變能可自動伸展形成可起支撐作用的超長構件，這種構件具有收攏體積小和展開剛度大的優點，便于航天器發射時攜帶。特別是衛星天線和星際探測器的太陽帆尺寸要求越來越大，復合材料應變能桿因其突出優勢在這些超大展開部件上有著廣泛的應用前景。目前，單根應變能桿的長度已達30多米，未來將更長，這就對其制造技術提出更高的要求，復合材料連續自動化成型技術將成為其工程應用的重要的解決方案之一。
　　隨著人類探索宇宙深度的增加，衛星、飛船和星際探測器等航天器的天線尺寸要求越來越大。此外，太陽帆（光帆）已被視為進行深空探測和星際探測的理想推進機構。太陽帆是以太陽的輻射壓做為探測器的推進力，由于輻射壓非常小，所以要求太陽帆的面積非常大，大型太陽帆的面積要求10000多m2。航天器的天線結構和太陽帆在發射到預定軌道之前是收緊在一個較小容器中，等發射到預定軌道后再進行展開。早期的衛星天線是采用機械機構進行展開的，結構復雜，重量較大。20世紀80 年代以來，美國、歐洲、日本等相繼開始研究利用薄膜技術和復合材料結構來實現可收攏和展開的大型化和輕量化空間結構。
　　20世紀90年代，歐洲航天局（ESA）和德國宇航中心（DLR）提出采用碳纖維增強復合材料應變能桿作為桅桿，對角撐開太陽帆薄膜的太陽帆總體方案，并進行了20m×20m太陽帆的地面展開試驗（圖1）。復合材料應變能桿是由兩個Ω形復合材料應變能構件（圖2 （a））膠接而成，可以在外力作用下壓扁并收卷成特定的形狀（圖2（b）），在自由狀態下時依靠收卷變形儲存的應變能，可展開成桿結構（圖2（c））。


　　近年來，隨著波音787、空客350等大型復合材料結構的航空器陸續投入商業運行，標志著先進復合材料結構研制日益走向大型化和經濟型——從力學性能的大化轉向通過低成本技術來獲得經濟上可承受的結構，這一過程的轉變與先進復合材料的自動化制造技術的發展是有著密切的關系。預浸料自動成型技術，包括自動鋪帶技術(ATL)和自動纖維鋪放技術（AFP）和先進拉擠（ADP）等為核心的自動化制造技術成為發展的重要方向之一。目前發達在航空航天復合材料制造中廣泛采用的自動化技術，采用預浸料和數字化設計與自動化制造超大、低成本先進復合材料構件，同時，促進了復合材料結構的產量和產品質量的提高，改善了工藝環境，實現綠色制造。
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