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JP2015182694A - Body structure for spacecraft - Google Patents

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JP2015182694A
JP2015182694A JP2014062802A JP2014062802A JP2015182694A JP 2015182694 A JP2015182694 A JP 2015182694A JP 2014062802 A JP2014062802 A JP 2014062802A JP 2014062802 A JP2014062802 A JP 2014062802A JP 2015182694 A JP2015182694 A JP 2015182694A
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Japan
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spacecraft
thermoplastic resin
main
panel
shell
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JP2014062802A
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Japanese (ja)
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圭一 奥山
Keiichi Okuyama
圭一 奥山
山口 耕司
Koji Yamaguchi
耕司 山口
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NEXT GENERATION SPACE SYSTEM TECHNOLOGY RES ASS
NEXT GENERATION SPACE SYSTEM TECHNOLOGY RESEARCH ASSOCIATION
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NEXT GENERATION SPACE SYSTEM TECHNOLOGY RES ASS
NEXT GENERATION SPACE SYSTEM TECHNOLOGY RESEARCH ASSOCIATION
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a body structure for a spacecraft, which reliably protects a spacecraft body against vibrations and impacts at a launch, and which achieves significant weight saving and manufacturing cost reduction.SOLUTION: A body structure 12 is made of a resin (CFRP) that is reinforced with carbon fibers. The resin constituting the body structure 12 is a PEEK (polyether ether ketone) resin. The body structure 12 is formed in a truncated octahedron shape. The thickness of the body structure 12 is 2 mm. The body structure 12 comprises shells 14 and 15, and both of them butt against each other.

Description

この発明は、たとえば人工衛星に代表される地球や他惑星を周回する宇宙機や深宇宙空間を探査する宇宙機の構体の構造に関するものである。   The present invention relates to the structure of a spacecraft that orbits the earth and other planets, such as artificial satellites, and a spacecraft that explores deep space.

宇宙開発プロジェクトは、当該プロジェクトの主目的のために開発された宇宙機(典型的には人工衛星)がロケットにて宇宙空間に打ち上げられるプロセスを有する。そして、このロケットの打ち上げを効率的且つ有意義なものとするために、上記主目的とは異なる目的で開発された人工衛星等が当該ロケットの打ち上げに便乗するのが一般的である。   A space development project has a process in which a spacecraft (typically an artificial satellite) developed for the main purpose of the project is launched into space by a rocket. In order to make the launch of this rocket efficient and meaningful, it is common for an artificial satellite or the like developed for a purpose different from the main purpose to piggyback on the launch of the rocket.

このような相乗り型の人工衛星は、さまざまな制約を受ける。たとえば、外形サイズ、質量、固有振動数等々である。特に、人工衛星の質量は打上コストに大きく影響するものであり、わずか1gの質量増加が打上コストを10万円程度増大させると言われている。このため、人工衛星には軽量化が厳しく要請される。その一方で、打上時に人工衛星にきわめて激しい振動や衝撃が加わる。この振動や衝撃による衛星本体の破損等の防止のため、一般に、衛星本体は構体を備えている(たとえば、特許文献1〜特許文献3参照)。   Such a shared satellite is subject to various restrictions. For example, external size, mass, natural frequency, etc. In particular, the mass of the satellite greatly affects the launch cost, and it is said that a mass increase of only 1 g increases the launch cost by about 100,000 yen. For this reason, artificial satellites are required to be lighter. On the other hand, extremely severe vibrations and impacts are applied to the satellite at launch. In order to prevent damage to the satellite body due to vibration or impact, the satellite body is generally provided with a structure (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

特開2013−184574号公報JP 2013-184574 A 特開2003−291898号公報JP 2003-291898 A 特開2003−291899号公報JP 2003-291899 A

従来の人工衛星用構体は、一般に直方体形状であり、アルミニウム合金や炭素繊維により強化された熱硬化性樹脂からなる複数のパネルがボルトにより締結されることにより構成されている。そして、軽量化のために、各パネルは、複雑な薄肉加工(たとえば、フライスによる切削)が施されたり、パネルにハニカムサンドイッチ構造が採用されている。   Conventional satellite structures are generally rectangular parallelepiped, and are configured by fastening a plurality of panels made of thermosetting resin reinforced with aluminum alloy or carbon fiber with bolts. In order to reduce the weight, each panel is subjected to complicated thin-wall processing (for example, cutting with a milling cutter) or a honeycomb sandwich structure is adopted for the panel.

しかしながら、構体は、ロケットの打ち上げ時の振動や衝撃に耐荷しなければならないので、その軽量化にも限界がある。また、各パネルはボルトにより締結されるが、かかる構造では、十分な構体の剛性が実現されにくい。さらに、打上時の振動により各パネルの締結が緩まないように多数のボルトが必要になる。そのため、ボルト締結作業が膨大となり、人工衛星の組立コストが増大する。しかも、多数のボルトが使用されることにより、打上時の振動や衝撃でいずれかのボルトが緩んでしまう可能性が高くなり、もし一本でもボルトが緩めば、ロケットと共振するなどの危険性が高くなる。   However, the structure must withstand the vibrations and shocks when the rocket is launched, so there is a limit to its weight reduction. Moreover, although each panel is fastened with a volt | bolt, in such a structure, sufficient rigidity of a structure is hard to be implement | achieved. Furthermore, a large number of bolts are required so that the fastening of each panel is not loosened by vibration at the time of launch. Therefore, the bolt fastening operation becomes enormous and the assembly cost of the artificial satellite increases. In addition, the use of a large number of bolts increases the possibility that one of the bolts will loosen due to vibration or impact at the time of launch, and if one bolt is loosened, there is a risk of resonance with the rocket. Becomes higher.

本発明はかかる背景のもとになされたものであって、その目的は、打上時の振動や衝撃から宇宙機本体を確実に保護し、大幅な軽量化と製造コストの削減を実現した宇宙機用構体を提供することである。   The present invention has been made based on such a background, and its purpose is to reliably protect the spacecraft main body from vibration and impact at the time of launch, realizing a significant weight reduction and a reduction in manufacturing cost. Is to provide a structure.

(1) 本発明に係る宇宙機用構体は、複数の熱可塑性樹脂製パネルからなる。この宇宙機用構体は、宇宙機本体を収容する空間が内部に形成された多面体からなり、各熱可塑性樹脂製パネルは、連続又は熱融着されている。   (1) A spacecraft structure according to the present invention includes a plurality of thermoplastic resin panels. This spacecraft structure is composed of a polyhedron in which a space for accommodating the spacecraft main body is formed, and each thermoplastic resin panel is continuous or heat-sealed.

この構成によれば、各熱可塑性樹脂製パネルは成形品として形成される。各熱可塑性樹脂製パネルは、ボルト等による締結構造ではなく、熱融着により固着される。樹脂の種類は、環境温度が熱可塑性樹脂のガラス転移点温度以下で使用可能なものが望ましい。   According to this configuration, each thermoplastic resin panel is formed as a molded product. Each thermoplastic resin panel is fixed not by a fastening structure using bolts or the like but by heat fusion. The type of the resin is desirably one that can be used at an environmental temperature not higher than the glass transition temperature of the thermoplastic resin.

(2) 上記多面体は、切頂八面体であるのが好ましい。   (2) The polyhedron is preferably a truncated octahedron.

宇宙機用構体は、その表面に太陽電池パネルが配置される。したがって、構体が多面体に形成された場合に、各面が太陽電池パネルを配置するために十分な面積を有する必要がある。この構成では、各面の面積が汎用の太陽電池パネルを配置するために必要且つ十分な大きさとなる。しかも、構造体として球に近似し、構体が宇宙空間で回転する場合には熱制御を行いやすい。   The spacecraft structure has a solar cell panel disposed on the surface thereof. Therefore, when the structure is formed in a polyhedron, each surface needs to have a sufficient area for arranging the solar cell panel. In this configuration, the area of each surface is necessary and sufficient for arranging a general-purpose solar cell panel. Moreover, when the structure is approximated to a sphere and the structure rotates in outer space, it is easy to perform thermal control.

(3) 上記多面体は、対向配置される同一形状の二つの熱可塑性樹脂製パネルから構成されていてもよい。この場合、各熱可塑性樹脂製パネルは、4枚の正六角形の主板及び3枚の正方形の副板を有し、第1の主板の周囲に放射状に第2乃至第4の主板が連続し、上記3枚の副板は、第1の主板の周囲に放射状に連続し且つ第2及び第3の主板の間並びに第3及び第4の主板の間に配置されたプリプレグ又はセミプレグにより熱加工されたものであるのが好ましい。   (3) The polyhedron may be composed of two thermoplastic resin panels having the same shape and arranged to face each other. In this case, each thermoplastic resin panel has four regular hexagonal main plates and three square sub-plates, and the second to fourth main plates are continuous radially around the first main plate, The three sub-plates are heat-processed by a prepreg or semi-preg that is radially continuous around the first main plate and disposed between the second and third main plates and between the third and fourth main plates. It is preferable that

この構成では、上記熱可塑性樹脂製パネルは、プリプレグ又はセミプレグが所要の形状に裁断され、これに熱処理が施されることにより製造される。したがって、上記熱可塑性樹脂製パネルが高い寸法精度にて構成される。   In this configuration, the thermoplastic resin panel is manufactured by cutting a prepreg or semi-preg into a required shape and subjecting it to heat treatment. Therefore, the thermoplastic resin panel is configured with high dimensional accuracy.

(4) 上記熱可塑性樹脂製パネルは、肉厚が1.0mm〜4.0mmの炭素繊維強化PEEK樹脂から構成されるのが好ましい。   (4) The thermoplastic resin panel is preferably made of carbon fiber reinforced PEEK resin having a thickness of 1.0 mm to 4.0 mm.

PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂のうち産業界で実際に用いられている一つのPEEK樹脂の融点は約335°Cであり、ガラス転移転温度は約250°Cであるから、この樹脂は、250°C以下の環境で連続して使用可能であり、宇宙空間でも使用可能である。しかも、PEEK樹脂は射出成形が可能であるから、上記熱可塑性樹脂製パネルの製造も容易である。また、PEEK樹脂の機械的強度については、荷重たわみ温度が140°Cであるが、炭素繊維で強化されることにより、荷重たわみ温度が300°C以上に達し、機械的強度も十分となる。したがって、上記樹脂製パネルが薄肉(1.0mm〜4.0mm)であっても、構体としての強度や剛性が保たれる。加えて、耐薬品性にも優れ、濃硫酸や濃硝酸、飽和塩素水以外の無機・有機薬品に侵されないという利点もある。   Among PEEK (polyetheretherketone) resins, one PEEK resin actually used in the industry has a melting point of about 335 ° C and a glass transition temperature of about 250 ° C. It can be used continuously in an environment of 250 ° C. or lower, and can also be used in outer space. Moreover, since the PEEK resin can be injection-molded, the thermoplastic resin panel can be easily manufactured. Further, regarding the mechanical strength of the PEEK resin, the deflection temperature under load is 140 ° C., but by being reinforced with carbon fiber, the deflection temperature under load reaches 300 ° C. or more, and the mechanical strength is sufficient. Therefore, even if the resin panel is thin (1.0 mm to 4.0 mm), the strength and rigidity of the structure can be maintained. In addition, it has excellent chemical resistance and has the advantage that it is not affected by inorganic or organic chemicals other than concentrated sulfuric acid, concentrated nitric acid, and saturated chlorine water.

(5) 上記熱可塑性樹脂製パネルのうち熱融着される部分に融着代が形成されているのが好ましい。   (5) It is preferable that a fusion allowance is formed in a portion of the thermoplastic resin panel to be thermally fused.

この構成では、各熱可塑性樹脂製パネルが確実に熱融着され、上記熱可塑性樹脂製パネルの強度や剛性が向上する。   In this structure, each thermoplastic resin panel is reliably heat-sealed, and the strength and rigidity of the thermoplastic resin panel are improved.

(6) 上記熱可塑性樹脂製パネルの隣り合う面の境界に補強部材が配置されているのが好ましい。   (6) It is preferable that a reinforcing member is disposed at a boundary between adjacent surfaces of the thermoplastic resin panel.

この構成では、上記熱可塑性樹脂製パネルの強度や剛性がより一層向上する。   In this configuration, the strength and rigidity of the thermoplastic resin panel are further improved.

この発明によれば、構体が炭素繊維強化樹脂(CFRP)からなるのできわめて軽量であり且つ良好な強度や剛性が確保される。また、構体が複数のパネルから構成されたとしても、各パネルは、熱可塑性樹脂からなるので、これらの接合にボルトを使用する必要はない。したがって、構体の組立作業が簡単で組立コストが削減されるうえ、各パネルは締結される構造ではないから、耐衝撃性及び耐振動性にも優れる。   According to the present invention, since the structure is made of carbon fiber reinforced resin (CFRP), it is extremely light and secures good strength and rigidity. Moreover, even if the structure is composed of a plurality of panels, each panel is made of a thermoplastic resin, so that it is not necessary to use bolts for joining them. Therefore, the assembly work of the structure is simple, the assembly cost is reduced, and each panel is not a structure to be fastened, so that it has excellent impact resistance and vibration resistance.

図1は、本発明の一実施形態に係る構体が採用された宇宙機の外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view of a spacecraft employing a structure according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係る宇宙機の要部分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of a main part of the spacecraft according to the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の一実施形態に係る構体の分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the structure according to the embodiment of the present invention. 図4は、本発明の一実施形態に係る構体を構成する殻の展開模式図である。FIG. 4 is a developed schematic view of the shell constituting the structure according to one embodiment of the present invention. 図5は、本発明の一実施形態に係る殻の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a shell according to an embodiment of the present invention. 図6は、図5におけるVI−VI断面図である。6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG.

以下、本発明の好ましい実施形態が、適宜図面が参照されながら説明される。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.

図1は、本発明の一実施形態に係る構体が採用された宇宙機(典型的には人工衛星)の外観斜視図である。また、図2は、この宇宙機の要部分解斜視図である。   FIG. 1 is an external perspective view of a spacecraft (typically an artificial satellite) employing a structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view of the main part of the spacecraft.

この宇宙機10は、深宇宙空間との通信用宇宙機として機能するものであり、その外形サイズは、一辺が50cmの立方体空間内に収まるように設計されている。また、宇宙機10は、その質量が50kg以下であり、いわゆる超小型人工惑星である。この宇宙機10は、宇宙機本体11と、この宇宙機本体11を囲繞する構体12とを有する。宇宙機10は電力で作動し、そのエネルギー源は太陽光である。したがって、この宇宙機10の構体12の表面には、図示されていない太陽電池が装着されている。   This spacecraft 10 functions as a spacecraft for communication with deep space, and its outer size is designed to fit within a cubic space with a side of 50 cm. The spacecraft 10 has a mass of 50 kg or less and is a so-called micro artificial planet. The spacecraft 10 includes a spacecraft main body 11 and a structure 12 that surrounds the spacecraft main body 11. The spacecraft 10 operates with electric power, and its energy source is sunlight. Therefore, a solar cell (not shown) is mounted on the surface of the structure 12 of the spacecraft 10.

本実施形態に係る宇宙機10の特徴とするところは、上記構体12を備えている点である。この構体12は、後述の材料により後述の形状に形成されており、従来の人工衛星用構体に比べて大幅な軽量化と共に、良好な強度及び剛性並びに耐振動性及び耐衝撃性を実現している。   A feature of the spacecraft 10 according to the present embodiment is that the structure 12 is provided. This structure 12 is formed in the shape described later from the material described later, and realizes good strength and rigidity as well as vibration resistance and impact resistance as well as a significant weight reduction compared to a conventional satellite structure. Yes.

構体12は、炭素繊維により強化された熱可塑性樹脂(CFRP)からなる。本実施形態では、樹脂は、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂が採用されている。もっとも、PEEK樹脂に限定されるものではなく、種々の熱可塑性樹脂が採用され得る。また、CFRPに代えてガラス繊維を含有したガラス繊維強化樹脂(GFRP)等も採用され得る。さらに、ガラス繊維及び炭素繊維にて強化されていないPEEK樹脂その他の熱可塑性樹脂も採用され得る。   The structure 12 is made of a thermoplastic resin (CFRP) reinforced with carbon fibers. In this embodiment, PEEK (polyether ether ketone) resin is adopted as the resin. However, it is not limited to PEEK resin, and various thermoplastic resins can be adopted. In addition, glass fiber reinforced resin (GFRP) containing glass fibers may be employed instead of CFRP. Furthermore, PEEK resin and other thermoplastic resins that are not reinforced with glass fibers and carbon fibers may be employed.

図3は、構体12の分解斜視図である。   FIG. 3 is an exploded perspective view of the structure 12.

構体12は、宇宙機10の外形を画定するものであり、本実施形態では図1ないし図3が示すように切頂八面体に形成されている。構体12は、一対の殻14、15(特許請求の範囲に記載された「熱可塑性樹脂製パネル」に相当)を備えており、これらが対向配置されることによって上記切頂八面体が構成されている。同図が示すように、殻14は、正六角形からなる4つの主面16と、正方形からなる3つの副面17とを有する。つまり、殻14は7面を有し、したがって、構体12は、14面を有する構造体である。   The structure 12 defines the outer shape of the spacecraft 10 and is formed in a truncated octahedron as shown in FIGS. 1 to 3 in this embodiment. The structure 12 includes a pair of shells 14 and 15 (corresponding to the “thermoplastic resin panel” recited in the claims), and the truncated octahedron is configured by opposingly arranging them. ing. As shown in the figure, the shell 14 has four main surfaces 16 made of regular hexagons and three sub-surfaces 17 made of squares. That is, the shell 14 has seven faces, and thus the structure 12 is a structure having fourteen faces.

図4は、殻14の展開模式図である。   FIG. 4 is a developed schematic view of the shell 14.

同図が示すように、殻14は、主板18、19、20、21(上記主面16を形成)と、副板22、23、24(上記副面17を形成)とを備えている。主板18〜21は、正六角形を呈する。主板18の外辺25、26、27にそれぞれ主板19、20、21が連続している。また、主板18の外辺28、29、30にそれぞれ副板22、23、24が連続している。そして、主板18の外辺25〜30に沿って主板19〜21及び副板22〜24が折り曲げられることにより、図3が示す器状の殻14が形成される。   As shown in the figure, the shell 14 includes main plates 18, 19, 20, and 21 (forming the main surface 16) and sub plates 22, 23, and 24 (forming the sub surface 17). The main plates 18 to 21 have a regular hexagonal shape. Main plates 19, 20, and 21 are connected to outer sides 25, 26, and 27 of the main plate 18, respectively. Further, sub plates 22, 23, and 24 are continuous with the outer sides 28, 29, and 30 of the main plate 18, respectively. Then, the main plates 19 to 21 and the sub plates 22 to 24 are bent along the outer sides 25 to 30 of the main plate 18 to form the vessel-shaped shell 14 shown in FIG.

本実施形態では、殻14は、プリプレグ又はセミプレグを用いて形成される。すなわち、炭素繊維にPEEK樹脂を含浸させたシート(プリプレグ又はセミプレグ)が、たとえば所要の金型を用いて加熱及び加圧されることにより殻14が形成される。この場合、単一のプリプレグ又はセミプレグは薄肉のシート(肉厚0.05mm〜0.5mm)であるから、複数枚のプリプレグ又はセミプレグが積層されて肉厚が2mmの殻14が形成される。なお、殻14の肉厚は、1.0mm〜4.0mmに設定され得る。   In this embodiment, the shell 14 is formed using a prepreg or a semi-preg. That is, the shell 14 is formed by heating and pressurizing a sheet (prepreg or semi-preg) in which carbon fiber is impregnated with PEEK resin using, for example, a required mold. In this case, since the single prepreg or semi-preg is a thin sheet (thickness 0.05 mm to 0.5 mm), a plurality of prepregs or semi-pregs are laminated to form a shell 14 having a thickness of 2 mm. Note that the thickness of the shell 14 can be set to 1.0 mm to 4.0 mm.

図4が示すように、この殻14の主板19に孔31が設けられている。この孔31の形状は正六角形であり、これにより、主板19の各辺に内側に突出した帯部32が形成されている。この帯部32は、宇宙機本体11が取り付けられる部分である。本実施形態では、この帯部32に宇宙機本体11のフランジ47(図1及び図2参照)がボルト等により締結される。また、主板20に窓33が設けられている。この窓33は、主板20に孔が開けられることにより形成されている。この窓33は、主板19に設けられた孔31と同様の形状であり、宇宙機10が組み立てられる際の作業窓として使用される。この窓33には、蓋13(図1参照)が取り付けられる。蓋13は、ボルト等により締結される。蓋13の材質は、炭素繊維強化樹脂が採用され得る。ただし、電波透過性が要求される場合は、蓋13の材質はガラス繊維強化樹脂が採用される。   As shown in FIG. 4, a hole 31 is provided in the main plate 19 of the shell 14. The shape of the hole 31 is a regular hexagon, whereby a band portion 32 protruding inward is formed on each side of the main plate 19. This belt part 32 is a part to which the spacecraft main body 11 is attached. In the present embodiment, the flange 47 (see FIGS. 1 and 2) of the spacecraft main body 11 is fastened to the band portion 32 by bolts or the like. A window 33 is provided on the main plate 20. The window 33 is formed by making a hole in the main plate 20. The window 33 has the same shape as the hole 31 provided in the main plate 19 and is used as a work window when the spacecraft 10 is assembled. A lid 13 (see FIG. 1) is attached to the window 33. The lid 13 is fastened with a bolt or the like. Carbon fiber reinforced resin can be adopted as the material of the lid 13. However, when radio wave transmission is required, glass fiber reinforced resin is used as the material of the lid 13.

図5は、殻14の斜視図であって、当該殻14の内壁面が図示されている。また、図6は、図5におけるVI−VI断面図である。   FIG. 5 is a perspective view of the shell 14 and shows the inner wall surface of the shell 14. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG.

殻14は、前述のように4つの主板18〜21と3つの副板22〜24とを有する。主板18のまわりに他の主板19〜21及び副板22〜24が配置されているが(図4参照)、互いに隣り合う面同士は、境界部分において折り曲げられた状態となっている。本実施形態では、この境界部分に沿って補強シート45(特許請求の範囲に記載された「補強部材」に相当)が設けられている。この補強シート45は、細長帯状に形成され、上記境界部分を覆っている。補強シート45は、炭素繊維により強化されたPEEK樹脂が採用され得る。この補強シート45は、省略されてもよい。   The shell 14 has the four main plates 18 to 21 and the three sub plates 22 to 24 as described above. Other main plates 19 to 21 and sub plates 22 to 24 are arranged around the main plate 18 (see FIG. 4), but the surfaces adjacent to each other are bent at the boundary portion. In the present embodiment, a reinforcing sheet 45 (corresponding to a “reinforcing member” described in the claims) is provided along the boundary portion. The reinforcing sheet 45 is formed in an elongated strip shape and covers the boundary portion. The reinforcing sheet 45 may be made of PEEK resin reinforced with carbon fibers. The reinforcing sheet 45 may be omitted.

なお、上記殻15は、殻14と同様の構成であるので、その説明は省略される。図3が示すように、殻14に殻15が突き合わされることにより、構体12が形成される。殻14が殻15と突き合わされる部位、すなわち、主板19の外辺34、35、36、主板20の外辺37、38、39、主板21の外辺40、41、42、副板22の外辺43、副板23の外辺44及び副板24の外辺45は、対向する殻15に熱融着され、固着される。   Since the shell 15 has the same configuration as the shell 14, the description thereof is omitted. As shown in FIG. 3, the shell 12 is abutted against the shell 14 to form the structure 12. The parts where the shell 14 is abutted with the shell 15, that is, the outer sides 34, 35, 36 of the main plate 19, the outer sides 37, 38, 39 of the main plate 20, the outer sides 40, 41, 42 of the main plate 21, The outer side 43, the outer side 44 of the sub-plate 23, and the outer side 45 of the sub-plate 24 are thermally fused and fixed to the opposing shell 15.

本実施形態では、上記外辺34〜45に融着代46が形成されている。殻14と殻15とが突き合わされることにより、各融着代46が当接し合う。この融着代46が融着されることにより、殻14と殻15とを接合する作業が容易になるし、殻14、15が強固に融着される。もっとも、この融着代46は省略されてもよい。   In the present embodiment, a fusion allowance 46 is formed on the outer sides 34 to 45. By joining the shell 14 and the shell 15, the fusion allowances 46 come into contact with each other. By fusing the fusion allowance 46, the operation of joining the shell 14 and the shell 15 becomes easy, and the shells 14 and 15 are firmly fused. However, the fusion allowance 46 may be omitted.

本実施形態に係る構体12は、熱可塑性樹脂による成形品として構成された殻14、15からなり、切頂八面体を呈する。したがって、構体12は、軽量で且つ良好な強度及び剛性が確保されるうえ、耐振動性及び耐衝撃性にも優れた構造体となる。図2が示すように、宇宙機本体11は、殻14の孔31から挿入され、殻15の孔31から露出する。フランジ47が殻15の孔31に固定され、且つ宇宙機本体11と固定される(図1参照)。この固定手段は、典型的にはボルトによる締結が採用される。   The structure 12 according to the present embodiment includes shells 14 and 15 configured as molded articles made of a thermoplastic resin, and exhibits a truncated octahedron. Therefore, the structure 12 is a light-weight structure with excellent strength and rigidity, and excellent vibration resistance and impact resistance. As shown in FIG. 2, the spacecraft main body 11 is inserted from the hole 31 of the shell 14 and exposed from the hole 31 of the shell 15. The flange 47 is fixed to the hole 31 of the shell 15 and fixed to the spacecraft main body 11 (see FIG. 1). As this fixing means, fastening by bolts is typically adopted.

また、構体12を構成する各面の境界部分に上記補強シート45が設けられているので、構体12の剛性は大幅に上昇する。さらに、各殻14、15は、ボルト等による締結構造ではなく、熱融着により固着されるから、構体12の組立作業が簡単で組立コストが大幅に削減される。   Further, since the reinforcing sheet 45 is provided at the boundary portion of each surface constituting the structure 12, the rigidity of the structure 12 is significantly increased. Furthermore, since the shells 14 and 15 are fixed not by fastening with bolts or the like but by heat fusion, the assembly work of the structure 12 is simple and the assembly cost is greatly reduced.

加えて、殻14、15が樹脂成形品であるから、構体12の表面がきわめて滑らかになる。PEEK樹脂の熱伝導率は金属にくらべて非常に低いことも相俟って、適切な塗料が塗られた構体12は、宇宙空間において太陽熱(赤外線放射)の吸収を抑え、宇宙機本体11の温度変化が抑制される。従来のように構体が金属で構成される場合は、太陽熱の吸収が抑制されるために構体表面が滑面に仕上げられなければならないが、この加工コストは膨大である。これに比べて本実施形態では、かかる加工コストの問題は生じない。   In addition, since the shells 14 and 15 are resin molded products, the surface of the structure 12 becomes extremely smooth. Combined with the fact that the thermal conductivity of PEEK resin is much lower than that of metal, the structure 12 coated with an appropriate paint suppresses the absorption of solar heat (infrared radiation) in outer space, and the spacecraft body 11 Temperature change is suppressed. When the structure is made of metal as in the prior art, the surface of the structure has to be made smooth to suppress the absorption of solar heat, but this processing cost is enormous. Compared to this, in this embodiment, the problem of the processing cost does not occur.

ところで、宇宙機10の動力源は電力であり、そのために構体12には図示されていない太陽電池パネルが配置される。本実施形態では、構体12は、切頂八面体である。したがって、構体12がかかる多面体であれば、主板18〜21等は、太陽電池パネルを配置するために十分な面積を確保することができる。しかも、切頂八面体は、構造体として球に近似するから、構体12が宇宙空間で回転する場合に熱制御が容易になる。さらに、殻14と殻15は、上記外辺34〜42を介して接着されている。すなわち、波形の接合面が構体12を周回することになるので、ねじり剛性がきわめて高くなるという利点がある。   By the way, the power source of the spacecraft 10 is electric power. For this purpose, a solar cell panel (not shown) is arranged on the structure 12. In this embodiment, the structure 12 is a truncated octahedron. Therefore, if the structure 12 is a polyhedron, the main plates 18 to 21 and the like can secure a sufficient area for arranging the solar cell panel. Moreover, since the truncated octahedron approximates a sphere as a structure, thermal control is facilitated when the structure 12 rotates in outer space. Further, the shell 14 and the shell 15 are bonded via the outer sides 34 to 42. That is, since the corrugated joint surface goes around the structure 12, there is an advantage that the torsional rigidity becomes extremely high.

特に本実施形態では、構体12は、肉厚が1.0mm〜4.0mmのPEEK樹脂からなる。本実施形態では、PEEK樹脂に含まれるカーボン繊維は、開繊糸織物100g/m・20ply、繊維体積率は41%、繊維の弾性係数は、40tf/mmであり、PEEK樹脂が390°C、30kgf/cmの条件のもとで所定時間だけプレスされる。これにより、構体12は、きわめて軽量且つ良好な強度及び剛性が実現される。なお、構体12の肉厚は、本実施形態では前述のように2mmに設定されているが、構体12に要求される機械的強度及び剛性により、肉厚は適宜設計変更される。 In particular, in this embodiment, the structure 12 is made of PEEK resin having a thickness of 1.0 mm to 4.0 mm. In this embodiment, the carbon fiber contained in the PEEK resin is a spread yarn fabric of 100 g / m 2 · 20 ply, the fiber volume ratio is 41%, the fiber elastic modulus is 40 tf / mm 2 , and the PEEK resin is 390 °. C, pressed for a predetermined time under the condition of 30 kgf / cm 2 . As a result, the structure 12 is extremely light and has good strength and rigidity. Although the thickness of the structure 12 is set to 2 mm in the present embodiment as described above, the thickness is appropriately changed depending on the mechanical strength and rigidity required for the structure 12.

また、構体12を構成する殻14、15は、図3が示すような形状に裁断されたプリプレグ又はセミプレグから成形される。したがって、殻14、15は高い寸法精度にて成形され、その結果、構体12の機械的強度が設計どおりに仕上がる。   The shells 14 and 15 constituting the structure 12 are formed from a prepreg or semi-preg cut into a shape as shown in FIG. Therefore, the shells 14 and 15 are formed with high dimensional accuracy, and as a result, the mechanical strength of the structure 12 is finished as designed.

本実施形態では、構体12は切頂八面体に形成されている。ただし、構体12の外形は切頂八面体に限定されるものではなく、種々の多面体が採用され得る。ただし、前述のように、汎用の太陽電池パネルが採用される場合は、これが配置できる平面部分が必要である。また、仮に曲面に設置できる太陽電池パネルが採用され得るならば、構体12の外形が球体であってもよい。   In this embodiment, the structure 12 is formed in a truncated octahedron. However, the outer shape of the structure 12 is not limited to the truncated octahedron, and various polyhedrons can be adopted. However, as described above, when a general-purpose solar cell panel is employed, a plane portion on which this can be arranged is necessary. Further, if a solar cell panel that can be installed on a curved surface can be adopted, the outer shape of the structure 12 may be a sphere.

なお、本発明は、宇宙機の典型として人工衛星用構体に適用されているが、宇宙機として、スペースシャトル、意中往還機、惑星探査機、深宇宙探査機等が想定される。   Although the present invention is applied to a structure for artificial satellites as a typical spacecraft, a space shuttle, a return vehicle, a planetary spacecraft, a deep space spacecraft, or the like is assumed as a spacecraft.

10・・・宇宙機
11・・・宇宙機本体
12・・・構体
14・・・殻
15・・・殻
16・・・主面
17・・・副面
18・・・主板
19・・・主板
20・・・主板
21・・・主板
22・・・副板
23・・・副板
24・・・副板
25・・・外辺
26・・・外辺
27・・・外辺
28・・・外辺
29・・・外辺
30・・・外辺
31・・・孔
32・・・帯部
33・・・窓
34・・・外辺
35・・・外辺
36・・・外辺
37・・・外辺
38・・・外辺
39・・・外辺
40・・・外辺
41・・・外辺
42・・・外辺
43・・・融着代
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Spacecraft 11 ... Spacecraft main body 12 ... Structure 14 ... Shell 15 ... Shell 16 ... Main surface 17 ... Subsurface 18 ... Main plate 19 ... Main plate 20 ... Main plate 21 ... Main plate 22 ... Sub plate 23 ... Sub plate 24 ... Sub plate 25 ... Outer side 26 ... Outer side 27 ... Outer side 28 ... Outer side 29 ... Outer side 30 ... Outer side 31 ... Hole 32 ... Belt part 33 ... Window 34 ... Outer side 35 ... Outer side
36 ... Outside 37 ... Outside 38 ... Outside 39 ... Outside 40 ... Outside 41 ... Outside 42 ... Outside 43 ... Fusion allowance

Claims (6)

複数の熱可塑性樹脂製パネルからなり、宇宙機本体を収容する空間が内部に形成された球体又は多面体であって、
各熱可塑性樹脂製パネルは、連続又は熱融着されている宇宙機用構体。
It consists of a plurality of thermoplastic resin panels, and is a sphere or polyhedron in which a space for housing the spacecraft body is formed,
Each thermoplastic resin panel is a spacecraft structure that is continuously or thermally fused.
上記多面体は、切頂八面体である請求項1に記載の宇宙機用構体。   The structure for a spacecraft according to claim 1, wherein the polyhedron is a truncated octahedron. 上記多面体は、対向配置される同一形状の二つの熱可塑性樹脂製パネルからなり、
各熱可塑性樹脂製パネルは、
4枚の正六角形の主板及び3枚の正方形の副板を有し、第1の主板の周囲に放射状に第2乃至第4の主板が連続し、上記3枚の副板は、第1の主板の周囲に放射状に連続し且つ第2及び第3の主板の間並びに第3及び第4の主板の間に配置されたプリプレグ又はセミプレグが、熱加工されたものである請求項1又は2に記載の宇宙機用構体。
The polyhedron consists of two thermoplastic resin panels having the same shape and arranged opposite to each other,
Each thermoplastic panel is
It has four regular hexagonal main plates and three square sub-plates, and the second to fourth main plates are continuously arranged radially around the first main plate. The prepreg or semi-preg that is radially continuous around the main plate and disposed between the second and third main plates and between the third and fourth main plates is heat-processed. The structure for spacecraft described.
上記熱可塑性樹脂製パネルは、肉厚が1.0mm〜4.0mmの炭素繊維強化PEEK樹脂からなる請求項1から3のいずれかに記載の宇宙機用構体。   The spacecraft structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermoplastic resin panel is made of a carbon fiber reinforced PEEK resin having a thickness of 1.0 mm to 4.0 mm. 上記熱可塑性樹脂製パネルのうち熱融着される部分に融着代が形成されている請求項1から4のいずれかに記載の宇宙機用構体。   The spacecraft structure according to any one of claims 1 to 4, wherein a fusion allowance is formed in a portion of the thermoplastic resin panel to be thermally fused. 上記熱可塑性樹脂製パネルの隣り合う面の境界に補強部材が配置されている請求項1から5のいずれかに記載の宇宙機用構体。


The spacecraft structure according to any one of claims 1 to 5, wherein a reinforcing member is disposed at a boundary between adjacent surfaces of the thermoplastic resin panel.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106335654A (en) * 2016-10-21 2017-01-18 天津大学 Foldable hexahedral structure
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