Kompozitní struktura s vysokým napětím - High strain composite structure

Vysokopevnostní kompozitní struktury (HSC struktury) jsou třídou Kompozitní materiál struktury určené pro vysoký výkon deformace nastavení. Kompozitní struktury s vysokým napětím přecházejí z jednoho tvaru do druhého při působení vnějších sil. Jedna součást HSC Structure je navržena pro přechod mezi nejméně dvěma, ale často více, dramaticky odlišnými tvary. Alespoň jeden z tvarů je navržen tak, aby fungoval jako struktura, která může podporovat vnější zatížení.

Kompozitní struktury s vysokým napětím obvykle sestávají z polymery vyztužené vlákny (FRP), které jsou navrženy tak, aby procházely relativně vysokými úrovněmi deformace materiálu za běžných provozních podmínek ve srovnání s většinou strukturálních aplikací FRP. FRP materiály jsou anizotropní a vysoce přizpůsobitelné, což umožňuje jedinečné efekty při deformaci. Ve výsledku je mnoho struktur HSC nakonfigurováno tak, aby měly jeden nebo více stabilních stavů (tvarů, při kterých struktura zůstane bez vnějších omezení), které jsou vyladěny pro konkrétní aplikaci. HSC struktury s více stabilními stavy lze také klasifikovat jako bistabilní struktury.

HSC struktury se nejčastěji používají v aplikacích, kde jsou požadovány konstrukce s nízkou hmotností, které lze také uložit v malém objemu. Pružné kompozitní struktury se používají v leteckém a kosmickém průmyslu pro nasaditelné mechanismy takové antény nebo sluneční pole na kosmické lodi. Další aplikace se zaměřují na materiály nebo struktury, ve kterých je vyžadováno několik stabilních konfigurací.

Dějiny

Kovy běžně používané v pružiny (např. vysokopevnostní ocel, hliník a beryliová měď slitiny) se již několik desetiletí se značným úspěchem používají v deformovatelných leteckých konstrukcích.[1] I nadále se používají ve většině aplikací s vysokou zátěží, které lze nasadit, a vynikají tam, kde jsou největší zhutňovací poměry a elektrická vodivost jsou potřeba. Ale kovy trpí vysokou hustotou a vysokými koeficienty teplotní roztažnost a nižší deformační kapacity ve srovnání s kompozitními materiály. V posledních desetiletích roste potřeba vysoce výkonných nasaditelných struktur ve spojení se vznikem robustní kompozitní materiály průmysl zvýšil poptávku a užitečnost kompozitních struktur s vysokým napětím. Dnes se HSC používají v různých specializovaných leteckých aplikacích, většinou v oblastech, kde je vyžadována extrémní přesnost a nízká hmotnost.

Na začátku roku 2014 Americký institut pro letectví a astronautiku Technická komise pro struktury kosmických lodí uznal, že úroveň aktivního výzkumu a vývoje v oblasti vysokopevnostních kompozitů vyžaduje samostatnou cílovou skupinu[2] rozlišit vysokopevnostní kompozity jako technickou oblast s jedinečně identifikovatelnými výzvami, technologiemi, mechanikou, zkušebními metodami a aplikacemi. Kompozitní technický podvýbor pro vysoké kmeny byl vytvořen s cílem poskytnout fórum a rámec pro podporu technických výzev a úspěchů HSC a bude podporovat další pokrok v této oblasti.

Dědictví vesmírných letů

Použití vysokého napětí rozmístitelné struktury sahá až do doby průkopnických dob průzkumu vesmíru a hraje klíčovou roli při vytváření robustního odvětví vesmírné dopravy.

Milníky v kosmických deformovatelných strukturách

Běžný název strukturyMateriálHistorie vývojeHistorie letuReference
Závěs s páskou a pružinouPružinový ocelový plech[3][4]
Skladovatelný trubkový výsuvný stožár (STEM)PlechVyvinuto de Havilland Canada a Spar Aerospace Ltd.1961-AH2 Transit Research and Attitude Control (TRAAC), zahájeno v roce 1961. Alouette 1, zahájeno v roce 1962[5][6][7]
Omotejte žeberovou anténu, žebra ve tvaru C.Hliníkový plechVyvinuto společností Lockheed Missiles & Space Company od roku 1962ATS-6, který byl zahájen v roce 1974.[8][9]
Čočková trubiceNerezový plechVyvinuto výzkumným střediskem NASA Lewis v roce 1965[10]
Kontinuální Longeron MastTyče ze skleněných vláken S2Vyvinuto společností Astro Aerospace.USAF S-3 Magnetometer Boom byl uveden na trh v roce 1974.[11]
Mřížková čočková trubiceOcelový hudební drátVyvinuto společností Astro Research Corporation v roce 1969.[12]
Omotejte žeberovou anténu, čočkovitá žebraPolymerní laminát vyztužený skleněnými vlákny (Fiberite HMS / 33)Vyvinut společností Lockheed Missiles & Space Company v 70. letech; pozemní demonstrace 1982.[13]
Odpružený anténní parabolický reflektorPolymerní laminát vyztužený skleněnými vláknyMobile Sat-1, zahájený v roce 1996[14][15]
Skládací zploštělé trubkylaminát a laminát z kevlaruVyvinutý společností TRW Astro Aerospace pro antény MARSIS, uvedený na trh v roce 2003Antény Mars Express MARSIS, uvedené na trh v roce 2003[16][17]

Spotřební zboží

Současný výzkum a vývoj

Klasifikace materiálu

Tuhý polymer

Tuhý polymer

Elastomerní polymer

Technické výzvy

Plížit se

Vzpěr tenké skořápky

Simulační metody

Viz také

Kompozitní materiál

Plast vyztužený vlákny

Bistabilita

Reference

  1. ^ http://www.northropgrumman.com/BusinessVentures/AstroAerospace/Products/Documents/pageDocs/STEM_Hardware_Programs.pdf
  2. ^ https://info.aiaa.org/tac/adsg/SCSTC/Wiki/Home.aspx
  3. ^ Vyvyan, W. W., „Self-Actuating, Self-Locking Hinge“, 3386128, 1968.
  4. ^ Chiappetta, F. R., Frame, C. L. a Johnson, K. L., „Hinge element and deployable structures including hinge element“, US5239793 A, 1993.
  5. ^ Herzl, G. G., Walker, W. W. a Ferrera, J. D., Tubular Spacecraft Booms (Extendible, Reel Stored), NASA SP-8065, 1971.
  6. ^ „George J. Klein 1904-1992“ Dostupné: http://www.sciencetech.technomuses.ca/english/about/hallfame/u_i19_e.cfm Archivováno 2010-12-27 na Wayback Machine.
  7. ^ Department, S., Artificial Earth Satellites Designed and Fabricated by The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, 1978.
  8. ^ Miller, J. V., „Anténa s drátěným pletivem Reflector.pdf“, 3 217 328, 1965.
  9. ^ Chadwick, G. G. a Woods, A. A., „Large Space Deployable Antenna Systems,“ Large Space Systems Technology Seminar, NASA Conference Publication 2035, Hampton, VA: 1978, str. 243–288.
  10. ^ Gertsma, L. W., Dunn, J. H. a Erwin E. Kempke, J., Hodnocení jednoho typu skládací trubice, 1965.
  11. ^ Mauch, H. R., „Deployable Lattice Column“, 3 486 279, 1969.
  12. ^ Crawford, R. F., Investigation of the Coilable Lattive Column, 1969.
  13. ^ Woods, A. A. a Garcia, N. F., „Přehled vývoje konceptu antény Wrap-Rib,“ Large Space Antenna Systems Technology, 1982, str. 423–468.
  14. ^ Robinson, S.A., „Zjednodušený anténní reflektor kosmické lodi pro uložení v uzavřených obálkách,“ 5 574 472, 1996.
  15. ^ Rao, S., Shafai, L. a Sharma, S. K., Handbook of Reflector Antennas and Feed Systems Volume III: Applications of Reflectors, Artech House, 2013.
  16. ^ Marks, G. W., Reilly, M. T. a Huff, R. L., „The Lightweight Deployable Antenna for the MARSIS Experiment on the Mars Express Spacecraft,“ 36. Symposium Aerospace Mechanisms Symposium, Glenn Research Center, Glenn Research Center: 2002.
  17. ^ Adams, D. S. a Mobrem, M., „Anomálie nasazení antény s lentikulárním spojením a rozlišení na palubě kosmické lodi Mars Express“, Journal of Spacecraft and Rockets, sv. 46, březen 2009, s. 403–410.

American Institute of Aeronautics and Astronautics, Structures Technical Committee, Podvýbor pro kompozitní struktury s vysokým napětím

Další čtení

Kompozitní struktury s vysokým napětím