剛性基體高應(yīng)變復(fù)合材料在空間可展結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用及發(fā)展

賈文文 濮海玲 劉穎 任守志 管帥

（北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094）

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對(duì)于航天器工程來(lái)說(shuō)，空間可展結(jié)構(gòu)具有設(shè)計(jì)輕巧緊湊的特點(diǎn)，有利于航天器設(shè)計(jì)效率的提高，緊湊的結(jié)構(gòu)減小了發(fā)射所需空間，同時(shí)質(zhì)量的減輕降低了與發(fā)射燃料相關(guān)的成本［1-2］，因此20 多年來(lái)一直被人們所關(guān)注［1-4］，并不斷地改進(jìn)和發(fā)展。早期多采用銷軸式鉸鏈、電機(jī)等機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性，后通過(guò)材料變形來(lái)折疊結(jié)構(gòu)，從而避免機(jī)械方法的復(fù)雜性和質(zhì)量限制，最初使用金屬材料，后來(lái)則更多使用更高效、更輕的復(fù)合材料［5-8］。2017 年，美國(guó)DSS 公司研制的全柔性太陽(yáng)翼（ROSA，Roll Out Solar Array）在軌展開(kāi)，其采用C 型高應(yīng)變復(fù)合材料展開(kāi)桿件作為展開(kāi)機(jī)構(gòu)，顯示了高應(yīng)變、大變形材料在航天領(lǐng)域強(qiáng)大的生命力和突出的優(yōu)勢(shì)。

高應(yīng)變復(fù)合材料［9］（HSC，High Strain Composite）是薄而柔韌的復(fù)合材料，可分為剛性基體（Stiff Matrix）復(fù)合材料和柔性基體（Soft Matrix）復(fù)合材料。柔性基體復(fù)合材料包括形狀記憶、彈性體及可剛化復(fù)合材料，一般通過(guò)允許柔性基質(zhì)應(yīng)變超過(guò)100%，同時(shí)纖維受到約2%的應(yīng)變，產(chǎn)生可逆微泡［10-14］，以實(shí)現(xiàn)大應(yīng)變，該過(guò)程是可逆的，纖維和基體在每次變形循環(huán)中返回基本相同的位置。不同于柔性基體復(fù)合材料，剛性基體復(fù)合材料通常是增韌熱固性環(huán)氧樹(shù)脂和高性能連續(xù)碳纖維或玻璃纖維的組合，其具有高剛度和大應(yīng)變的組合特性，通過(guò)基體相對(duì)剛性纖維的力學(xué)變形實(shí)現(xiàn)大應(yīng)變。

本文僅針對(duì)高應(yīng)變復(fù)合材料中的剛性基體復(fù)合材料在空間可展結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用開(kāi)展調(diào)研，從不同結(jié)構(gòu)形式的剛性基體高應(yīng)變復(fù)合材料出發(fā)，探究其研究現(xiàn)狀、亟須解決的問(wèn)題及未來(lái)展望。……