一种可折叠展开的卫星桅杆及其制备方法和应用

本发明属于航空航天领域，具体涉及一种可折叠展开的卫星桅杆及其制备方法和应用。

背景技术：

1、卫星天线或者太阳能电池板一般是折叠存放在卫星侧边，待进入预定轨道后，进行展开，获得更大的面积。卫星桅杆是航天器结构的重要组成部分。在设计和制造卫星时，需要考虑桅杆的材料、尺寸、强度等参数，以确保卫星的稳定性和性能。在寸土寸金的航天器上怎么利用更小的空间实现承载更多的物体是科学家们一直在努力的方向。卫星桅杆通常采用轻量化、高强度的材料，如碳纤维复合材料、钛合金等，以满足航天器对重量和强度的要求。现有的可折叠桅杆多为卷曲，需要较大的展开能量，这也使得需要配备相对应的展开机构，无形中增大了航天器的质量和体积。

技术实现思路

1、为解决背景技术中存在的问题，本发明通过设计管状桅杆的结构，针对特定位置进行裁剪，实现一根直管在空间上的折叠收纳，具有弹性展开的能力，同时，具备形状记忆展开能力，可根据需要进行设计。

2、为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种可折叠展开的卫星桅杆，包括碳纤维管，所述碳纤维管由碳纤维布和形状记忆树脂复合而成；所述碳纤维管上开设若干对长圆孔缝隙，每对有两个长圆孔缝隙，对称布置在碳纤维管的侧壁上，若所述碳纤维管包括单层碳纤维布或双层碳纤维布，相邻两对长圆孔缝隙所在的平面之间的角度θ满足0＜θ＜180，即得可折叠展开的卫星桅杆；若所述碳纤维管的一半侧壁为单层碳纤维布，另一半侧壁为双层碳纤维布，相邻两对长圆孔缝隙所在的平面之间的角度θ满足θ＝0或90°，当θ＝0时，相邻的两对长圆孔缝隙所在的平面相同，且均布在双层碳纤维布和单层碳纤维布的交界处，即得可折叠展开的卫星桅杆；当θ＝90°时，相邻的两对长圆孔缝隙所在的平面垂直，其中，一对开设在双层碳纤维布和单层碳纤维布的交界处，另一对开设在相对设置的单层和双层碳纤维布上，即得可折叠展开的卫星桅杆。

4、进一步的，所述形状记忆树脂包括形状记忆环氧树脂、形状记忆聚氨酯、形状记忆聚苯乙烯、形状记忆聚酰亚胺中的一种或多种的组合。

5、进一步的，长圆孔缝隙两端的半圆直径为长圆孔缝隙的宽度，所述长圆孔缝隙的宽度为碳纤维管直径的1/3-2/3，所述长圆孔缝隙的长度为半圆直径的2-7倍，相邻两长圆孔缝隙之间的间隔大于碳纤维管的直径。

6、进一步的，当所述碳纤维管包括单层碳纤维布或双层碳纤维布时，θ取30°、60°或90°。

7、一种所述的可折叠展开的卫星桅杆的制备方法，包括以下步骤：

8、步骤一、选取管状模具，使用脱模剂擦拭表面，并包覆离型纸；

9、步骤二、计算所需碳纤维布的宽度w＝π×d×a，其中d为模具直径，a的取值为1.1、1.5或2，所述碳纤维布的长度小于模具的长度，

10、步骤三、配制形状记忆树脂；将碳纤维布平铺在一张离型纸上，将配制好的形状记忆树脂均匀涂覆在碳纤维布上，盖上另一张离型纸，并将其放置在烘箱中预固化得到预浸布，预固化到凝胶点；

11、步骤四、取预浸布，揭下离型纸，将预浸布紧密裹覆在模具上，利用真空袋压工艺进行固化；将固化后的复合材料脱模，两端裁剪整齐，得到碳纤维管；

12、步骤五、当a＝1.1或2时，对应碳纤维管包括单层碳纤维布或双层碳纤维布，在碳纤维管上开设若干对长圆孔缝隙，每对有两个长圆孔缝隙，对称布置在碳纤维管的侧壁上，相邻两对长圆孔缝隙所在的平面之间的角度θ满足0＜θ＜180，即得可折叠展开的卫星桅杆；当a＝1.5时，对应碳纤维管的一半侧壁为单层碳纤维布，另一半侧壁为双层碳纤维布，在碳纤维管上开设若干对长圆孔缝隙，每对有两个长圆孔缝隙，对称布置在碳纤维管的侧壁上，相邻两对长圆孔缝隙所在的平面之间的角度θ满足θ＝0或90°，当θ＝0时，相邻的两对长圆孔缝隙所在的平面相同，且均布在双层碳纤维布和单层碳纤维布的交界处，即得可折叠展开的卫星桅杆，当θ＝90°时，相邻的两对长圆孔缝隙所在的平面垂直，其中，一对开设在双层碳纤维布和单层碳纤维布的交界处，另一对开设在相对设置的单层和双层碳纤维布上(单层碳纤维布上开设一个长圆孔缝隙，双层碳纤维布上开设一个长圆孔缝隙)，即得可折叠展开的卫星桅杆。

13、进一步的，所述管状模具包括金属管或聚四氟乙烯管。

14、进一步的，步骤三中，形状记忆树脂的含量占形状记忆树脂和碳纤维布总量的35-70％。

15、一种所述的可折叠展开的卫星桅杆的应用，包括以下步骤：将长圆孔缝隙的两侧位置加热到形状记忆树脂tg以上，对长圆孔缝隙两侧位置的中部施加较小的外力即可实现卫星桅杆的弯曲折叠，待冷却至室温时撤去外力，即可实现形状记忆折叠固定，再次加热长圆孔缝隙的两侧位置，弯曲的一端即可根据其自身的形状记忆性能实现自动展开；或者对长圆孔缝隙两侧位置的中部施加较小的外力即可实现卫星桅杆的弯曲折叠并使用外力固定，撤去外力后，弯曲的一端即可根据其自身的弹性性能实现自动展开。

16、进一步的，相邻两对长圆孔缝隙所在的平面之间的角度θ满足0＜θ＜180，可以实现更多形态的折叠收纳方式。

17、进一步的，相邻两对长圆孔缝隙所在的平面之间的角度θ＝0时，可实现卫星桅杆的‘z’字型弯曲折叠或对折折叠。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、传统单层管状结构，一般只具备弹性能力，不具备形状记忆能力，本申请使用形状记忆树脂进行制作，使其具备了形状记忆能力。本发明开长圆孔缝隙的方式不局限于θ＝0°的平行开缝，θ的取值范围为0<θ<180°，从而获得更多形态的折叠收纳方式，优选30°、60°、90°等角度，相比于传统的‘z’字型折叠，提高了空间利用率。

20、本申请所制备的卫星桅杆同时具备弹性和较好的形状记忆能力，a＝1.5时制作的卫星桅杆弹性和形状记忆能力的组合最好，其一侧壁为双层碳纤维布、另一侧壁为单层碳纤维布的不对称材质使得其比传统单层管状结构具有更好的弹性和形状记忆性能。卫星桅杆具有双层碳纤维布的一侧在弯曲时具备更大的弹性能量，比传统单层管状结构具备更大的展开力，且比单层管状结构具有更多的树脂，其形状记忆性能优于单层管状结构；在实现形状记忆能力时，卫星桅杆具有两层碳纤维布的一侧可以提供形状记忆固定和形状记忆回复能力，单层一侧可以提供弹性展开能力，比传统的具有单层管状结构的固定能力更好，展开力更大。

21、具有双层碳纤维布的卫星桅杆具有很好的形状记忆能力，θ的取值范围为0<θ

22、<180°，可以根据需要取30°、60°、90°等角度进行开设长圆孔缝隙，提高空间利用率。

1.一种可折叠展开的卫星桅杆，包括碳纤维管，其特征在于：所述碳纤维管由碳纤维布和形状记忆树脂复合而成；所述碳纤维管上开设若干对长圆孔缝隙，每对有两个长圆孔缝隙，对称布置在碳纤维管的侧壁上；若所述碳纤维管包括单层碳纤维布或双层碳纤维布，相邻两对长圆孔缝隙所在的平面之间的角度θ满足0＜θ＜180，即得可折叠展开的卫星桅杆；若所述碳纤维管的一半侧壁为单层碳纤维布，另一半侧壁为双层碳纤维布，相邻两对长圆孔缝隙所在的平面之间的角度θ满足θ＝0或90°，当θ＝0时，相邻的两对长圆孔缝隙所在的平面相同，且均布在双层碳纤维布和单层碳纤维布的交界处，即得可折叠展开的卫星桅杆；当θ＝90°时，相邻的两对长圆孔缝隙所在的平面垂直，其中，一对开设在双层碳纤维布和单层碳纤维布的交界处，另一对开设在相对设置的单层和双层碳纤维布上，即得可折叠展开的卫星桅杆。

2.根据权利要求1所述的一种可折叠展开的卫星桅杆，其特征在于：所述形状记忆树脂包括形状记忆环氧树脂、形状记忆聚氨酯、形状记忆聚苯乙烯、形状记忆聚酰亚胺中的一种或多种的组合。

3.根据权利要求1所述的一种可折叠展开的卫星桅杆，其特征在于：长圆孔缝隙两端的半圆直径为长圆孔缝隙的宽度，所述长圆孔缝隙的宽度为碳纤维管直径的1/3-2/3，所述长圆孔缝隙的长度为半圆直径的2-7倍，相邻两长圆孔缝隙之间的间隔大于碳纤维管的直径。

4.根据权利要求1所述的一种可折叠展开的卫星桅杆，其特征在于：当所述碳纤维管包括单层碳纤维布或双层碳纤维布时，θ取30°、60°或90°。

5.一种权利要求1-4任一权利要求所述的可折叠展开的卫星桅杆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述管状模具包括金属管或聚四氟乙烯管。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤三中，形状记忆树脂的含量占形状记忆树脂和碳纤维布总量的35-70％。

8.一种权利要求1-4任一权利要求所述的可折叠展开的卫星桅杆的应用，其特征在于，包括以下步骤：将长圆孔缝隙的两侧位置加热到形状记忆树脂tg以上，对长圆孔缝隙两侧位置的中部施加较小的外力即可实现卫星桅杆的弯曲折叠，待冷却至室温时撤去外力，即可实现形状记忆折叠固定，再次加热长圆孔缝隙的两侧位置，弯曲的一端即可根据其自身形状记忆性能实现自动展开；或者对长圆孔缝隙两侧位置的中部施加较小的外力即可实现卫星桅杆的弯曲折叠并使用外力固定，撤去外力后，弯曲的一端即可根据其自身的弹性性能实现自动展开。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：相邻两对长圆孔缝隙所在的平面之间的角度θ满足0＜θ＜180，可以实现更多形态的折叠收纳方式。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：相邻两对长圆孔缝隙所在的平面之间的角度θ＝0时，可实现卫星桅杆的‘z’字型弯曲折叠或对折折叠。