Высокопрочная композитная конструкция

Композитные конструкции высокой деформации (HSC-структуры) представляют собой класс конструкций из композитных материалов , предназначенных для работы в условиях высокой деформации . Композитные конструкции высокой деформации переходят из одной формы в другую при приложении внешних сил. Отдельный компонент конструкции HSC предназначен для перехода как минимум между двумя, а часто и большим количеством, кардинально отличающихся форм. Как минимум одна из форм предназначена для функционирования в качестве конструкции, способной выдерживать внешние нагрузки .

Композитные конструкции с высокой деформацией обычно состоят из армированных волокном полимеров (FRP), которые разработаны для выдерживания относительно высоких уровней деформации материала в ходе нормальных условий эксплуатации по сравнению с большинством структурных применений FRP. Материалы FRP являются анизотропными и легко поддаются настройке, что позволяет создавать уникальные эффекты при деформации. В результате многие структуры HSC сконфигурированы так, чтобы обладать одним или несколькими стабильными состояниями (формами, в которых структура будет оставаться без внешних ограничений), которые настроены для конкретного применения. Структуры HSC с несколькими стабильными состояниями также можно классифицировать как бистабильные структуры .

Конструкции HSC чаще всего используются в приложениях, где требуются конструкции с малым весом, которые также можно сложить в небольшом объеме. Гибкие композитные конструкции используются в аэрокосмической промышленности для развертываемых механизмов, таких как антенны или солнечные батареи на космических аппаратах. Другие приложения сосредоточены на материалах или конструкциях, в которых требуются множественные стабильные конфигурации.

История

Металлы, обычно используемые в пружинах (например, высокопрочная сталь, алюминий и сплавы бериллиевой меди ), использовались в деформируемых аэрокосмических конструкциях в течение нескольких десятилетий со значительным успехом. ^[1] Они продолжают использоваться в большинстве приложений высокодеформируемых развертываемых конструкций и преуспевают там, где требуются самые высокие коэффициенты уплотнения и электропроводность . Но металлы страдают от того, что имеют высокую плотность, высокие коэффициенты теплового расширения и более низкие деформационные способности по сравнению с композитными материалами. В последние десятилетия растущая потребность в высокопроизводительных развертываемых конструкциях в сочетании с появлением надежной отрасли композитных материалов увеличила спрос и полезность высокодеформируемых композитных конструкций. Сегодня HSC используются в различных нишевых аэрокосмических приложениях, в основном в областях, где требуются чрезвычайная точность и малая масса.

В начале 2014 года Технический комитет по конструкциям космических аппаратов Американского института аэронавтики и астронавтики признал, что уровень активных исследований и разработок в области композитов высокой деформации оправдывает создание независимой фокус-группы ^[2] для выделения композитов высокой деформации как технической области с уникально идентифицируемыми проблемами, технологиями, механикой, методами испытаний и приложениями. Технический подкомитет по композитам высокой деформации был сформирован для предоставления форума и рамок для поддержки технических проблем и успехов HSC и будет способствовать дальнейшему прогрессу в этой области.

Наследие космических полетов

Использование высокопрочных развертываемых конструкций восходит к первым дням освоения космоса и сыграло решающую роль в обеспечении устойчивости космической отрасли.

Вехи в области космических деформируемых конструкций

Потребительские товары

Текущие исследования и разработки

Классификация материалов

Жесткий полимер

Эластомерный полимер

Технические проблемы

Слизняк

Выпучивание тонкой оболочки

Методы моделирования

Смотрите также

Композитный материал

Пластик, армированный волокном

Бистабильность

Ссылки

^ "Архивная копия" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2015-02-07 . Получено 2014-09-04 .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
^ "Технический комитет по конструкциям космических аппаратов - Главная". Архивировано из оригинала 2015-02-07 . Получено 2014-09-04 .
^ Вивиан, WW, «Самодействующий, самоблокирующийся шарнир», 3386128, 1968.
^ Чиаппетта, Ф.Р., Фрейм, К.Л. и Джонсон, К.Л., «Элемент шарнира и развертываемые конструкции, включая элемент шарнира», US5239793 A, 1993.
^ Герцль, Г. Г., Уокер, В. В., и Феррера, Дж. Д., Трубчатые стрелы космических аппаратов (раздвижные, хранящиеся на катушках), NASA SP-8065, 1971.
^ «Джордж Дж. Кляйн 1904-1992» Доступно: http://www.sciencetech.technomuses.ca/english/about/hallfame/u_i19_e.cfm Архивировано 27 декабря 2010 г. на Wayback Machine .
^ Департамент, С., Искусственные спутники Земли, разработанные и изготовленные Лабораторией прикладной физики Университета Джонса Хопкинса, 1978.
^ Миллер, Дж. В., «Антенна с рефлектором из проволочной сетки.pdf», 3,217,328, 1965.
^ Чедвик, Г.Г. и Вудс, А.А., «Большие развертываемые в космосе антенные системы», Семинар по технологиям больших космических систем, Публикация конференции НАСА 2035, Хэмптон, Вирджиния: 1978, стр. 243–288.
^ Гертсма, Л. В., Данн, Дж. Х. и Эрвин Э. Кемпке, Дж., Оценка одного типа складной трубы, 1965.
^ Маух, Х.Р., «Разворачиваемая решетчатая колонна», 3,486,279, 1969.
^ Кроуфорд, Р.Ф., Исследование спиральной решетчатой колонны, 1969.
^ Вудс, А.А. и Гарсия, Н.Ф., «Обзор разработки концепции антенны с оберткой-ребром», Технология больших космических антенных систем, 1982, стр. 423–468.
^ Робинсон, С.А., «Упрощенный рефлектор антенны космического корабля для размещения в ограниченных оболочках», 5,574,472, 1996.
^ Рао, С., Шафаи, Л. и Шарма, С.К., Справочник по рефлекторным антеннам и системам питания, том III: Применение рефлекторов, Artech House, 2013.
^ Маркс, Г. В., Рейлли, М. Т. и Хафф, Р. Л., «Легкая развертываемая антенна для эксперимента MARSIS на космическом корабле Mars Express», 36-й симпозиум по аэрокосмическим механизмам, Исследовательский центр Гленна, Исследовательский центр Гленна: 2002.
^ Адамс, Д.С. и Мобрем, М., «Аномалия и разрешение развертывания линзовидной сочлененной антенны на борту космического корабля Mars Express», Журнал космических аппаратов и ракет, т. 46, март 2009 г., стр. 403–410.

Американский институт аэронавтики и астронавтики, Технический комитет по конструкциям Архивировано 08.02.2015 на Wayback Machine , Подкомитет по высокопрочным композитным конструкциям Архивировано 07.02.2015 на Wayback Machine