一種星載空間晶體陣列探測(cè)器的保護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種星載空間晶體陣列探測(cè)器的保護(hù)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]空間探測(cè)宇宙線粒子越來(lái)越面臨如下幾個(gè)方面的挑戰(zhàn):需要探測(cè)極高的能量、寬廣的動(dòng)態(tài)范圍，并面臨空間環(huán)境所帶的特殊需求如重量、體積等要求?？臻g探測(cè)宇宙線粒子，物理上應(yīng)盡可能的采用質(zhì)量小、密度較小的結(jié)構(gòu)件材料，但國(guó)內(nèi)以往的探測(cè)器如Χ/γ射線譜儀等基本都是搭載，載荷尺寸較小，通常都是使用硬鋁合金材料作為結(jié)構(gòu)件首選材料。國(guó)內(nèi)空間探測(cè)自2000年以后也開(kāi)始越來(lái)越大規(guī)模的使用非金屬作為結(jié)構(gòu)件材料，典型如碳纖維材料，但基本都是用于衛(wèi)星本身的支撐結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的存在的問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)目的是提供一種新型的晶體陣列探測(cè)器保護(hù)結(jié)構(gòu)，滿足空間探測(cè)的特殊環(huán)境要求。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)方案為:
一種星載空間晶體陣列探測(cè)器的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括底座以及固定在底座上方的框型承力結(jié)構(gòu)、箱型主結(jié)構(gòu):
所述框型承力結(jié)構(gòu)包括多個(gè)立柱和連接相鄰立柱的橫梁；
所述箱型主結(jié)構(gòu)設(shè)置在框型承力結(jié)構(gòu)立柱與橫梁合圍構(gòu)成的框體內(nèi)，箱型主結(jié)構(gòu)由多個(gè)單層箱體在豎向上疊加構(gòu)成，上、下相鄰單層箱體呈正交狀擺放，且端部交替錯(cuò)開(kāi)，使奇數(shù)層相鄰單層箱體或偶數(shù)層相鄰單層箱體的端部之間形成卡入所述橫梁的槽體，所述單層箱體內(nèi)設(shè)有多條并行的用于安裝探測(cè)器晶體的方型管腔。
[0005]在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案還包括:
作為優(yōu)選，所述單層箱體、立柱、橫梁為非金屬纖維增強(qiáng)材料，如碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等，以減少空間晶體陣列周圍的金屬結(jié)構(gòu)，降低因金屬結(jié)構(gòu)帶來(lái)的次級(jí)粒子干擾，并降低重量。
[0006]所述方型管腔的尺寸大于單根晶體的尺寸，其與單根晶體寬、高尺寸差為0.8?2_，相鄰方型管腔之間的間隔亦為0.8?2_。單層箱體的方型管腔長(zhǎng)于晶體本身長(zhǎng)度，這樣可以在晶體兩端耦合光電讀出器件，互為耦合備份，為解決空間探測(cè)晶體陣列設(shè)計(jì)雙端光電讀出冗余備份的問(wèn)題提供安裝空間。
[0007]所述橫梁內(nèi)設(shè)有預(yù)埋件，所述預(yù)埋件上設(shè)有螺紋孔，橫梁對(duì)準(zhǔn)預(yù)埋件螺紋孔的位置設(shè)有對(duì)應(yīng)的通孔，考慮到螺紋通孔的加工可能會(huì)引入大量材料肩，所述預(yù)埋件上的螺紋孔均設(shè)計(jì)為盲孔。所述預(yù)埋件可進(jìn)一步設(shè)為中部設(shè)有空腔的“回”字形預(yù)埋件。
[0008]所述底座內(nèi)部設(shè)有蜂窩結(jié)構(gòu)，所述蜂窩結(jié)構(gòu)包括蜂窩芯、蜂窩頂部蒙皮、蜂窩底部蒙皮，所述蜂窩結(jié)構(gòu)的上方設(shè)有一加強(qiáng)板，上述蒙皮和加強(qiáng)板均為碳纖維或碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。所述蜂窩底部蒙皮的下方可增設(shè)一層鋁蒙皮，所述蜂窩芯優(yōu)選采用鋁合金材料制成。
[0009]為保障強(qiáng)剛度要求，所述蜂窩結(jié)構(gòu)內(nèi)部還設(shè)有加強(qiáng)梁，所述加強(qiáng)梁包括四根合圍拼成矩形框的框架和位于所述矩形框內(nèi)的X型支撐梁。
[0010]位于框型承力結(jié)構(gòu)四角的立柱底端設(shè)有預(yù)埋件，所述預(yù)埋件位于底座的蜂窩結(jié)構(gòu)內(nèi)，利用預(yù)埋件側(cè)面榫頭將各框架和X型支撐梁連接起來(lái)，預(yù)埋件上部的榫頭穿過(guò)蜂窩頂部蒙皮與立柱連接。
[0011]所述框架、X型支撐梁內(nèi)設(shè)有預(yù)埋件，所述預(yù)埋件為中部設(shè)有兩個(gè)上下疊置空腔的“日”字型預(yù)埋件，所述預(yù)埋件上設(shè)有用于與外部連接的接口，框架、X型支撐梁對(duì)應(yīng)所述接口的位置設(shè)有通孔。
[0012]本發(fā)明用于空間晶體陣列探測(cè)器的安裝與定位，為空間粒子能量大動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量的難題提供解決可能，使得安裝有晶體陣列的探測(cè)器能夠通過(guò)空間力學(xué)環(huán)境的考核，使其滿足發(fā)射環(huán)境需求，且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，易于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為箱型主結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為單層箱體的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為框型承力結(jié)構(gòu)橫梁的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為框型承力結(jié)構(gòu)立柱的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為立柱的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為框型承力結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為“回”字型預(yù)埋件的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9為立柱頂端預(yù)埋件的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10為立柱底端預(yù)埋件的結(jié)構(gòu)示意圖一；
圖11為立柱底端預(yù)埋件的結(jié)構(gòu)示意圖二 ；
圖12底座的結(jié)構(gòu)不意圖；
圖13為X型支撐梁結(jié)構(gòu)示意圖；
圖14為框架的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖15為“日”字型預(yù)埋件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了闡明本發(fā)明的技術(shù)方案及技術(shù)目的，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的介紹。
[0015]如圖1所述的一種星載空間晶體陣列探測(cè)器的保護(hù)結(jié)構(gòu)，按結(jié)構(gòu)功能主要分為三大部分，分別為框型承力結(jié)構(gòu)1、箱型主結(jié)構(gòu)2、底座3。
[0016]所述箱型主結(jié)構(gòu)2由多個(gè)上下疊加并膠接的矩形單層箱體201構(gòu)成，相鄰單層箱體201之間按照正交的方式擺放排列，且端部交替錯(cuò)開(kāi)，使奇數(shù)層相鄰單層箱體或偶數(shù)層相鄰單層箱體的端部之間形成卡入框型承力結(jié)構(gòu)I橫梁的槽體207。每層單層箱體201內(nèi)設(shè)有多條并行的用于安裝探測(cè)器晶體的方型管腔，如圖1至圖3所示，所述單層箱體201為碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)，例如M55J/AG80材料等。
[0017]箱型主結(jié)構(gòu)2層數(shù)和每層方型管腔的數(shù)量根據(jù)物理設(shè)計(jì)需求變化，一般而言，所述方型管腔內(nèi)壁尺寸應(yīng)略大于單根晶體的尺寸，取0.8?2mm為宜，管腔之間的間隔也是如此，過(guò)小不利于晶體的固定，過(guò)大則會(huì)因?yàn)橄噜従w間隙影響探測(cè)；層與層之間的間隔也不應(yīng)過(guò)大或過(guò)小，過(guò)大影響產(chǎn)品的包絡(luò)尺寸，也會(huì)在一定程度上影響探測(cè)，過(guò)小則會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度造成不利影響。在本實(shí)施例中，箱型主結(jié)構(gòu)2由14個(gè)單層箱體201順次正交疊摞放置后形成，如圖2所示，相鄰單層箱體201之間通過(guò)膠接固定，每層有22條并行的方形管腔(單個(gè)管腔內(nèi)壁尺寸26*26mm2，長(zhǎng)度700mm，管腔橫截面寬、高尺寸公差不超過(guò)0.1mm的正差)，相鄰方形管腔的間隔優(yōu)選為1.5mm，上下層管腔之間的間隔優(yōu)選設(shè)為3mm。單層箱體201可以由相應(yīng)數(shù)量的單管并行膠接形成，也可以根據(jù)需要將單層直接整體成型。無(wú)論何種方式，管腔與管腔之間的間隙應(yīng)保證在相應(yīng)的公差范圍，不允許累積。
[0018]所述箱型主結(jié)構(gòu)2為空間晶體的陣列提供安裝與定位，從而解決空間大動(dòng)態(tài)范圍粒子能量測(cè)量的難題。放置晶體的方型管腔長(zhǎng)度應(yīng)長(zhǎng)于晶體本身，這樣為設(shè)置在晶體兩端的光電讀出器件(光電倍增管，后稱PMT)及其保護(hù)套筒提供安裝位置。同時(shí)因?yàn)榫w陣列有效探測(cè)面積內(nèi)，全部為碳纖維膠接結(jié)構(gòu)，并未引入任何金屬物質(zhì)，減少空間晶體陣列周圍的金屬結(jié)構(gòu)，降低因金屬結(jié)構(gòu)帶來(lái)次級(jí)粒子的干擾。
[0019]如圖1、圖4、圖7所示，框型承力結(jié)構(gòu)I主要由若干CFRP管狀橫梁102和位于單層箱體201四角的CFRP管狀立柱101膠接組成，所述橫梁102的外部尺寸設(shè)為38mmX29mmX624mm,管壁厚4mm ;立柱101的主體截面外部尺寸為38mmX38mm，管壁厚4mm。四根立柱101的兩側(cè)均設(shè)計(jì)有榫頭結(jié)構(gòu)，管壁厚2mm，用于與橫梁102膠接形成如圖7所示的承力框體。所述框型承力框架結(jié)構(gòu)I用于支撐箱型主結(jié)構(gòu)，進(jìn)行力的傳遞，分解BGO晶體重量到單層橫梁、并通過(guò)預(yù)埋件為PMT保護(hù)套筒提供螺釘緊固位置。
[0020]橫梁102的內(nèi)部設(shè)置2A12鋁合金結(jié)構(gòu)預(yù)埋件，提供連接外部的螺紋，用作外部接口，預(yù)埋件設(shè)計(jì)成“回”型，包括如圖8所示的三種類型，也可以作為橫梁