Многофункциональная композитная конструкция для экстремальных условий - RU2735149C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ И УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[001] Настоящее изобретение относится к композитной конструкции для экстремальных условий. В частности, настоящее изобретение относится к многофункциональной композитной конструкции, имеющей модульное исполнение, которое может быть изменено в зависимости от экстремальных условий, воздействующих на эту конструкцию, например опасное излучение, поток микрометеоритов и орбитальных осколков, резкие изменения температуры и т.д. Сочетания материалов, используемые в данной многофункциональной композитной конструкции, обеспечивают создание опорной конструкции с низким весом и максимальной защитой от излучения, воздействия орбитальных осколков и температурных колебаний.

[002] Для лиц, работающих в экстремальных условиях, например космическом пространстве, или занимающихся обработкой ядерных материалов, необходима защита от экстремальных условий. Чувствительные приборы и/или оборудование в этих экстремальных условиях также нуждаются в защите.

[003] Например, в космосе необходимо иметь защищенные помещения для обеспечения защиты от космического излучения, включая защиту как от ионизирующего излучения, так и от неионизирующего излучения. Необходима также защита от сверхскоростного потока микрометеоритов и орбитальных осколков (MMOD). Кроме того, необходима изоляция от экстремальных температурных колебаний (от ниже -200°С до +200°С). Кроме того, защищенные помещения должны иметь конструктивную целостность, чтобы выдерживать необходимые конструктивные нагрузки.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[004] Многофункциональная композитная конструкция согласно раскрытию настоящего изобретения специально разработана для использования в экстремальных условиях. Многофункциональная конструкция включает в себя два или более слоев композитных панелей, при этом самый внешний слой обеспечивает высокую прочность, а самый внутренний слой обеспечивает герметичную оболочку, работающую под повышенным давлением.

[005] Опорная конструкция размещена в пространстве между композитной панелью внешнего слоя и композитной панелью внутреннего слоя. Опорная конструкция соединена с композитной панелью внешнего слоя и композитной панелью внутреннего слоя. Опорная конструкция имеет сотовую конфигурацию, или трапециевидную конфигурацию, или какую-либо другую эквивалентную конфигурацию. Конфигурацию опорной конструкции делит пространство между композитной панелью внешнего слоя и композитной панелью внутреннего слоя на множество разделенных пространств.

[006] Пеноматериал заполняет указанное множество разделенных пространств между композитной панелью внешнего слоя и композитной панелью внутреннего слоя. Пеноматериал обеспечивает для указанной конструкции теплоизоляцию защиту от излучения и поглощение энергии орбитальных осколков.

[007] В пространстве между композитной панелью внешнего слоя и композитной панелью внутреннего слоя также выполнено магнитное отталкивающее устройство. Магнитное отталкивающее устройство образовано сверхпроводящей электрической проволокой или сверхпроводящими полосами, выполненными в виде спирали. Указанное множество проволок или полос проходят через указанное пространство между композитной панелью внешнего слоя и композитной панелью внутреннего слоя, и при наличии электрического тока, проволоки или полосы работают как магнитное отталкивающее устройство для заряженных частиц с обеспечением защиты (от ионизирующего излучения). Когда электрический ток проходит через сверхпроводящую проволоку/полосу, выполненную в виде спирали, происходит генерирование магнитного поля. Магнитное поле обеспечивает защиту от космического излучения посредством отталкивания приближающихся заряженных частиц (ионизирующего излучения).

[008] В пространстве между композитной панелью внешнего слоя и композитной панелью внутреннего слоя также выполнена изоляция. Изоляция является многослойной. Изоляция обеспечивает теплоизоляцию, которая предотвращает температурные колебания. Изоляция также защищает от излучения, что обеспечивает дополнительную защиту от излучения.

[009] Помимо использования в экстремальных условиях, таких как космическое пространство или при обработке ядерных материалов, композитная конструкция также может быть использована на транспортных средствах, требующих защиты от взрыва и/или электромагнитных импульсов, например военных транспортных средствах и летательных аппаратах, бронированных транспортных средств для защиты личного состава и т.д.

[0010] Раскрытые признаки, функции и преимущества могут быть реализованы независимо в различных примерах могут быть скомбинированы с получением других примеров, дополнительные подробности которых могут быть очевидными при обращении к последующему описанию и чертежам.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] На ФИГ. 1 показано сечение, выполненное через одну сторону части композитной конструкции.

[0012] На ФИГ. 2 показан перспективный вид части композитной конструкции, показанной на ФИГ. 1.

[0013] На ФИГ. 3 показано сечение внешней панели композитной конструкции.

[0014] На ФИГ. 4 показано сечение внутренней панели композитной конструкции.

[0015] На ФИГ. 5 показано сечение опорной конструкции композитной конструкции.

[0016] На ФИГ. 6 показано сечение, выполненное через одну сторону части примерного варианта композитной конструкции.

[0017] На ФИГ. 7 показан перспективный вид части композитной конструкции, показанной на ФИГ. 6.

[0018] На ФИГ. 8 показано сечение космического аппарата, в конструкции которого используется композитная конструкция.

[0019] На ФИГ. 9 схематически показана часть композитной конструкции, показанной на ФИГ. 8.

[0020] На ФИГ. 10 показано сечение, выполненное через часть примерного варианта композитной конструкции, показанной на ФИГ. 1.

[0021] На ФИГ. 11 показано сечение части примерного варианта композитной конструкции, показанной на ФИГ. 6.

[0022] На ФИГ. 12 показан способ выполнения космического аппарата, в котором используется композитная конструкция.

[0023] На ФИГ. 13 показан способ защиты от излучения космического аппарата, в котором используется композитная конструкция.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0024] На ФИГ. 1 показано сечение части композитной конструкции 10 согласно раскрытию настоящего изобретения. На ФИГ. 2 показан перспективный вид части композитной конструкции 10 по ФИГ. 1. На ФИГ. 1 и 2 область выше композитной конструкции 10 является областью экстремальных условий, для использования в которых предназначена композитная конструкция 10, а область ниже композитной конструкции 10 является областью, защищенной композитной конструкцией.

[0025] Композитная конструкция 10 выполнена в соответствии со способом, представленным на ФИГ. 12, с внешней панелью 12, которая обеспечивает высокую прочность и подвергается воздействию экстремальных условий. Внешняя панель 12 имеет толщину между внешней поверхностью 14 и внутренней поверхностью 16 внешней панели. Толщина внешней панели 12 может находиться в диапазоне от 0,3 см до 0,6 см или более, например от 0,2 см до 2,0 см, в зависимости от типа условий, воздействующих на внешнюю панель 12, и требований к весу и ударопрочности внешней панели 12. Внешняя поверхность 14 внешней панели 12 и внутренняя поверхность 16 внешней панели 12 являются гладкими непрерывными поверхностями. Как показано на ФИГ. 1, внешняя поверхность 14 внешней панели 12 и внутренняя поверхность 16 внешней панели 12 являются плоскими и по существу параллельны. Поверхности 14, 16 также могут быть неплоскими поверхностями, например криволинейными поверхностями или поверхностями другой формы. Например, когда внешняя панель 12 используется в конструкции космического аппарата, имеющего цилиндрическую конфигурацию.

[0026] Внешняя панель 12 выполнена из композиционных материалов. Композиционные материалы внешней панели 12 выбраны из группы, содержащей кевлар 49, стекловолокно, карбид бора, волоконный материал Spectra, ткань некстель, графитоэпоксидную ткань, волокнистый материал Spectra/полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), графитоэпоксидную ленту или другие эквивалентные материалы или сочетания эквивалентных материалов, таких как слоистый материал, содержащий графит/материал Spectra/полиэтилен высокой плотности.

[0027] Типы композиционных материалов и сочетание композиционных материалов, которые входят в конструкцию внешней панели 12, зависят от характеристик экстремальных условий, воздействующих на внешнюю панель 12. Примеры возможных композиционных материалов приведены в следующей таблице, в которой перечислены композиционные материалы, содержание в них водорода в процентах и показатель пригодности материала, при этом чем больше показатель пригодности материала, тем лучше он обеспечивает защиту от излучения.

[0028] Потенциально существует множество сочетаний материалов, перечисленных в таблице, которые могут быть использованы для получения внешней панели 12. Одно возможное сочетание композиционных материалов показано на ФИГ. 3. Как показано на ФИГ. 3, внешняя панель 12 образована множеством слоев листов 18 из полиэтилена высокой плотности, разделенных листами 22 из ткани Spectra. Эти листы соединены смолами, адгезивами или другими эквивалентными средствами.

[0029] Композиционные материалы внешней панели 12 выбраны так, чтобы в первую очередь предотвратить проникновение через внутреннюю панель 24 или ее повреждение на противоположной стороне композитной конструкции 10. Внешняя панель 12 предназначена для поглощения большой части энергии объекта потока микрометеоритов и орбитальных осколков (MMOD), воздействующего на композитную конструкцию 10, и испарения этого объекта потока микрометеоритов и орбитальных осколков. Внешняя панель 12 предназначена для того, чтобы выдерживать воздействие объектов потока микрометеоритов и орбитальных осколков, имеющих размеры диаметром до 1 см и диапазон скоростей от 3 км/с до 30 км/с.

[0030] Содержание водорода в композиционном материале, выбранном для выполнения внешней панели 12, также будет обеспечивать дополнительную защиту от излучения, дополнительную теплоизоляцию, а также увеличение конструктивных нагрузок, которые сможет выдержать внешняя панель 12.

[0031] Внутренняя панель 24 композитной конструкции 10 выполнена так, чтобы в первую очередь обеспечить внутри композитной конструкции загерметизированную среду с регулируемыми температурой/влажностью. Внутренняя панель 24 имеет толщину между внешней поверхностью 26 и внутренней поверхностью 28 внутренней панели. Толщина внутренней панели 24 может находиться в диапазоне от 0,2 см до 0,4 см или более, например от 0,2 см до 2,0 см, в зависимости от типа среды, воздействующей на внутреннюю панель 24. Внешняя поверхность 26 внутренней панели 24 и внутренняя поверхность 28 внутренней панели 24 являются гладкими непрерывными поверхностями. Как показано на ФИГ. 1, внешняя поверхность 26 внутренней панели 24 и внутренняя поверхность 28 внутренней панели 24 являются плоскими и по существу параллельны. Поверхности 26, 28 также могут быть неплоскими поверхностями, например криволинейными поверхностями или поверхностями другой формы. Например, когда внутренняя панель 24 используется в конструкции космического аппарата, имеющего цилиндрическую конфигурацию.

[0032] Внутренняя панель 24 выполнена из композиционных материалов, таких как те, которые перечислены в приведенной, выше таблице. Композиционные материалы внутренней панели 24 выбраны из группы, содержащей кевлар 49, стекловолокно, карбид бора, волоконный материал Spectra, ткань некстель, графитоэпоксидную ткань, волокнистый материал Spectra/полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), графитоэпоксидную ленту, или другие эквивалентные материалы или сочетания эквивалентных материалов, таких как слоистый материал, содержащий графит/материал Spectra/полиэтилен высокой плотности.

[0033] Потенциально существует множество сочетаний материалов, перечисленных в приведенной выше таблице, которые могут быть использованы для получения внутренней панели 24. Одно возможное сочетание композиционных материалов показано на ФИГ. 4. Как показано на ФИГ. 4, внутренняя панель 24 образована множеством слоев листов 32 из полиэтилена высокой плотности, разделенных графитовыми листами 34. Эти листы соединены смолами, адгезивами или другими эквивалентными средствами.

[0034] Композиционные материалы внутренней панели 24 выбраны так, что внутренняя панель 24 обеспечиват загерметизированную среду с регулируемыми температурой/влажностью, предназначенную для людей или животных и/или чувствительной аппаратуры и инструментов.

[0035] Содержание водорода в композиционном материале, выбранном для выполнения внутренней панели 24, также будет обеспечивать дополнительную защиту от излучения, дополнительную теплоизоляцию, а также увеличение конструктивных нагрузок, которые сможет выдержать внутренняя панель 24.

[0036] Как показано на ФИГ. 1 и 2, в композитной конструкции 10 имеется пространство или расстояние 42, выполненное между внутренней поверхностью 16 внешней панели 12 и внутренней поверхностью 28 внутренней панели 24. Протяженность пространства 42 между внутренней поверхностью 16 внешней панели 12 и внутренней поверхностью 28 внутренней панели 24 имеет величину в диапазоне от 5 см до 10 см. Протяженность пространства 42 выбирают в зависимости от экстремальных условий, воздействующих на композитную конструкцию 10, например в зависимости от того, будут ли воздействовать объекты потока микрометеоритов и орбитальных осколков на композитную конструкцию 10.

[0037] Проставка или опорная конструкция 44 размещена в пространстве 42. Опорная конструкция 44 соединена с внутренней поверхностью 16 внешней панели 12 и внутренней поверхностью 28 внутренней панели 24. Опорная конструкция 44 имеет решетчатую конфигурацию, образованную множеством стенок 46, соединенных с внутренней поверхностью 16 внешней панели 12 и внутренней поверхностью 28 внутренней панели 24. Указанное множество стенок 46 окружает множество разделенных пространств 48 между внутренней поверхностью 16 внешней панели 12 и внутренней поверхностью 28 внутренней панели 24 и разделяет множество разделенных пространств 48. В представлении композитной конструкции 10 по ФИГ. 1 и 2, указанное множество стенок 46, разделяющих указанное множество разделенных пространств 48, имеют трапециевидные конфигурации. Конфигурации указанного множества стенок 46 могут быть отличными от трапециевидных конфигураций, приведенных на ФИГ. 1 и 2, в зависимости от нагрузки и требований к весу композитной конструкции 10. Композиционные материалы, выбранные для выполнения опорной конструкции 44, могут быть такими же, как материалы, используемые при выполнении внешней панели 12 и/или внутренней панели 24. Другие сочетания композиционных материалов также могут быть использованы при выполнении опорной конструкции 44.

[0038] На ФИГ. 5 показана часть опорной конструкции 44 сбоку. Опорная конструкция 44 по ФИГ.5 выполнена из множества слоев листов 52 из полиэтилена высокой плотности, разделенных множеством слоев листов 54 из ткани Spectra, при этом слои соединены смолами, адгезивами или другими эквивалентными средствами. Толщина каждой из указанного множества стенок 46 может варьироваться от 0,2 см до 0,4 см или более в зависимости от конструктивных нагрузок и с учетом веса, необходимых для композитной конструкции 10.

[0039] Как указано выше, конфигурация опорной конструкции 44 композитной конструкции 10 может быть отличной от описанной трапециевидной конфигурации. На ФИГ. 6 и 7 показан вариант композитной конструкции 10'. Выполнение композитной конструкции 10', показанной на ФИГ. 6 и 7, является в основном таким же, как показанное на ФИГ. 1 и 2, и ссылочные номера, используемые для обозначения составных частей композитной конструкции 10', показанной на ФИГ. 6 и 7, являются таким же, как ссылочные номера, используемые в варианте композитной конструкции 10 по ФИГ. 1 и 2, при этом после ссылочного номера идет штрих (').

[0040] Выполнение композитной конструкции 10', показанной на ФИГ. 6 и 7, отличается от ранее описанной композитной конструкции 10 в конфигурации опорной конструкции 56. В примере композитной конструкции 10', показанной на ФИГ. 6 и 7, опорная конструкция 56 имеет множество стенок 58, которые также соединены между внутренней поверхностью 16' внешней панели 12' и внутренней поверхностью 28' внутренней панели 24'. Проволока 66' проходит в виде спирали вокруг опорной конструкции 56. Указанное множество стенок 58 делят пространство 42' на множество разделенных пространств 62 между внутренней поверхностью 16' внешней панели 12' и внутренней поверхностью 28' внутренней панели 24' и разделяют указанное множество разделенных пространств 62. Указанное множество стенок 58, разделяющих указанное множество разделенных пространств 62, имеют сотовые конфигурации. Опорная конструкция 56 по ФИГ. 6 и 7 может быть выполнена из тех же композиционных материалов, которые описаны выше в отношении опорной конструкции 44 композитной конструкции 10 по ФИГ. 1 и 2.

[0041] Возвращаясь к композитной конструкции 10 по ФИГ. 1 и 2, в пространстве 42 и опорной конструкции 44 размещен пеноматериал 64. Пеноматериал 64 заполняет указанное множество разделенных пространств 48 между внутренней поверхностью 16 внешней панели 12 и внутренней поверхностью 28 внутренней панели 24. Пеноматериал 64 полностью заполняет разделенные пространства 48. Пеноматериал 64 может быть теплоизолирующим пеноматериалом, пеноматериалом, защищающим от излучения, или тем и другим. В композитной конструкции 10, показанной на ФИГ. 1 и 2, пеноматериал 64 является пеноматериалом, содержащим полиэтилен/полиуретан. Такой же пеноматериал может быть использован в композитной конструкции 10' по ФИГ. 6 и 7, описанной ранее.

[0042] Проволока 66 проходит через указанное пространство 42. Проволока 66 проходит через указанное пространство 42 между внутренней поверхностью 16 внешней панели 12 и внутренней поверхностью 28 внутренней панели 24. Проволока 66 может иметь конфигурацию сечения обычной проволоки или может иметь конфигурацию сечения полосы или другую эквивалентную конфигурацию сечения. Проволока 66 может представлять множество проволок. Проволока 66 имеет высокую электрическую проводимость и может быть сверхпроводником. Как показано на ФИГ. 1 и 2, с учетом веса и безопасности, проволока 66 размещена вдоль внутренней поверхности 28 внутренней панели 24. Проволока 66 также может быть размещена вдоль внешней поверхности 14 или внутренней поверхности 16 внешней панели 12, чтобы обеспечить дополнительную защиту от заряженных частиц высокой энергии (ионизирующего излучения).

[0043] Также в пространстве 42 между внутренней поверхностью 16 внешней панели 12 и внутренней поверхностью 28 внутренней панели 24 может быть выполнена изоляция 72. Изоляция 72 является многослойной изоляцией. Как показано на ФИГ. 1 и 2, изоляция 72 проходит через внутреннюю поверхность 28 внутренней панели 24. Изоляция 72 также может быть размещена с прохождением через внешнюю поверхность 26 внутренней панели 24. Изоляция 72 обеспечивает дополнительную теплоизоляцию для предотвращения проникновения изменений температуры через композитную конструкцию 10, а также может быть изоляцией, защищающей от излучения, для обеспечения дополнительной защиты от излучения.

[0044] На ФИГ. 8 показана композитная конструкция 10, используемая при выполнении летательного или космического аппарата. На ФИГ. 8 показано цилиндрическое сечение замкнутого космического аппарата. На ФИГ. 12 показан способ выполнения космического аппарата 74, в котором используется композитная конструкция 10. Как показано на ФИГ. 8 и 12, в конструкции космического аппарата 74 внутренняя панель 24 композитной конструкции 10 окружает внутренний объем 76 космического аппарата, а внешняя панель 12 проходит вокруг внутренней панели 24. Внешняя панель 12 композитной конструкции 10 образует внешнюю часть космического аппарата и открыта экстремальным внешним условиям 78, воздействующим в космосе на космический аппарат. Как описано выше, внешняя панель 12 выполнена из композиционного материала, выбранного из группы, содержащей кевлар 49, стекловолокно, карбид бора, волоконный материал Spectra, ткань некстель, графитоэпоксидную ткань, волоконный материал Spectra/полиэтилен, графитоэпоксидную ленту и слоистый материал, содержащий графит/материал Spectra/полиэтилен высокой плотности. Внутренняя панель 24 выполнена из композиционных материалов, выбранных из группы, содержащей кевлар 49, стекловолокно, карбид бора, волоконный материал Spectra, ткань некстель, графитоэпоксидную ткань, волоконный материал Spectra/полиэтилен, графитоэпоксидную ленту и слоистый материал, содержащий графит/материал Spectra/полиэтилен высокой плотности. При выполнении космического аппарата 74 между внешней панелью 12 и внутренней панелью 24 предусматривается пространство 42. Опорная конструкция 44 проходит между внутренней панелью 24 и внешней панелью 12 композитной конструкции 10 и соединяет панель 24 и панель 12. Пеноматериал 64 размещен в пространстве 22 и опорной конструкции 44. Проволока 66 проходит через указанное пространство 42 и имеет спиральную конфигурацию. Источник 84 питания используется в конструкции космического аппарата 74 и соединен с проволокой 66. Как показано на ФИГ. 8 и 12, проволока 66 проходит вокруг внутренней поверхности 28 внутренней панели 24 и через стенки 46 опорной конструкции 44. Многослойная изоляция 72 проходит поверх проволоки 66 и между стенками 46 опорной конструкции 44. Пеноматериал 64 проходит поверх многослойной изоляции 72.

[0045] Согласно способу, представленному на ФИГ. 12, осуществляют выполнение космического аппарата с внутренней панелью, которая проходит вокруг внутреннего объема космического аппарата, и внешней панелью, которая проходит вокруг внутренней панели. Выполнение внешней панели из композиционного материала, выбранного из группы, содержащей кевлар 49, стекловолокно, карбид бора, волоконный материал Spectra, ткань некстель, графитоэпоксидную ткань, волоконный материал Spectra/полиэтилен, графитоэпоксидную ленту и слоистый материал, содержащий графит/материал Spectra/полиэтилен высокой плотности. Выполнение внутренней панели из композиционного материала, выбранного из группы, содержащей кевлар 49, стекловолокно, карбид бора, волоконный материал Spectra, ткань некстель, графитоэпоксидную ткань, волоконный материал Spectra/полиэтилен, графитоэпоксидную ленту и слоистый материал, содержащий графит/материала Spectra/полиэтилен высокой плотности. Обеспечение пространства между внешней панелью и внутренней панелью. Размещение опорной конструкции в указанном пространстве и соединение опорной конструкции с внешней панелью и внутренней панелью. Размещение пеноматериала в указанном пространстве и опорной конструкции. Пропуск через указанное пространство проволоки, выполненной в виде спирали. Соединение источника питания с проволокой.

[0046] На ФИГ. 9 схематически показана проволока 66, проходящая вокруг внутренней панели 24. Как показано на ФИГ. 9, первый конец 82 проволоки 66 соединен с источником 84 питания, например положительным выводом источника 84 питания. Второй конец 86 проволоки 66 соединен с противоположным концом источника 84 питания, например отрицательным выводом источника 84 питания. Участок проволоки 66, проходящий от первого конца 82 до второго конца 86 обернут в виде спирали вокруг внутренней поверхности 28 внутренней панели 24. Шаг в виде спирали проволоки 66 вокруг внутренней панели 24 определяется на основании напряженности электромагнитного поля, которую необходимо получить от тока, проходящего через проволоку 66, количества энергии, доступной от источника 84 питания, сопротивления проволоки 66 и других факторов, влияющих на напряженность электромагнитного поля.

[0047] Проволока 66 обеспечивает реализацию способа защиты от излучения космического аппарата 74, выполненного с использованием композитной конструкции 10, как описано выше со ссылкой на ФИГ. 8 и 12. Как показано на ФИГ. 9 и ФИГ. 13, космический аппарат 74 выполнен с внутренней панелью 24, которая проходит вокруг внутреннего объема 76 космического аппарата, и внешней панелью 12, которая проходит вокруг внутренней панели 24, при этом между внутренней панелью и внешней панелью имеется пространство 42. Как показано на ФИГ. 9, на внутренней панели 24 размещен участок проволоки 66, который в виде спирали проходит вокруг внутренней панели 24. Проволока 66 соединена с источником 84 питания. Посредством направления электрического тока от источника 84 питания и от первого конца 82 проволоки 66 ко второму концу 86 проволоки 66 создают магнитное поле вокруг внутренней панели 24. Магнитное поле создают в пространстве 42 между внешней панелью 12 и внутренней панелью 24. Когда на космический аппарат 74 воздействуют экстремальные условия 78 космоса, создаваемое магнитное поле отталкивает излучение и защищает, таким образом, космический аппарат 74, показанный на ФИГ. 8, от излучения. Этот способ защиты конструкции космического аппарата 74 показан на ФИГ. 13.

[0048] Согласно способу по ФИГ. 13 космический аппарат подвергают воздействию экстремальных условий космоса, при этом космический аппарат выполнен с внутренней панелью, которая проходит вокруг внутреннего объема космического аппарата, и с внешней панелью, которая проходит вокруг внутренней панели, и с пространством между внутренней панелью и внешней панелью и электрическим проводником, имеющим участок с противоположными первыми и вторыми концами в указанном пространстве, при этом указанный участок электрического проводника проходит в виде спирали вокруг указанного пространства. Также способ включает направление электрического тока через указанный участок электрического проводника, создание магнитного поля в указанном пространстве посредством электрического тока через указанный участок электрического проводника и отталкивание излучения магнитным полем с защитой, таким образом, космического аппарата от излучения.

[0049] Там, где при использовании композитной конструкции 10 требуются дополнительная прочность и защита, может быть использовано множество слоев композитной конструкции 10. На ФИГ. 10 показаны слоистые композитные конструкции 10 по ФИГ. 1 и 2, а на ФИГ. 11 показаны слоистые композитные конструкции 10' по ФИГ. 6 и 7.

Кроме того раскрытие настоящего изобретения содержит примеры согласно следующим пунктам:

Пункт 1. Композитная конструкция (100), содержащая:

- внешнюю панель (12), выполненную из композиционного материала и имеющую толщину между внешней поверхностью (14) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (16) внешней панели (12),

при этом внешняя поверхность (14) внешней панели (12) и внутренняя поверхность (16) внешней панели (12) являются гладкими непрерывными поверхностями, которые по существу параллельны;

- внутреннюю панель (24), выполненную из композиционного материала и имеющую толщину между внешней поверхностью (26) внутренней панели (24) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24),

при этом внешняя поверхность (26) внутренней панели (24) и внутренняя поверхность (28) внутренней панели (24) являются гладкими непрерывными поверхностями, которые по существу параллельны;

- пространство (42) между внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24);

опорную конструкцию (44) в указанном пространстве (42), соединенную с внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24);

- пеноматериал (64), размещенный в указанном пространстве (42) и опорной конструкции (44); и

- проволоку (66), проходящую через указанное пространство (42) между внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24) и имеющую высокую электрическую проводимость.

Пункт 2. Композитная конструкция (10) по пункту 1, также содержащая:

изоляцию (72) в указанном пространстве (42) между внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24), при этом изоляция (72) является многослойной изоляцией.

Пункт 3. Композитная конструкция (10) по пункту 2, в которой:

указанная изоляция (72) является теплоизоляцией, а также изоляцией, защищающей от излучения.

Пункт 4. Композитная конструкция (10) по пункту 1, в которой:

проволока (66) выполнена в виде спирали, которая проходит через указанное пространство (42) между внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24).

Пункт 5. Композитная конструкция (10) по пункту 1, в которой:

опорная конструкция (44) имеет решетчатую конфигурацию, образованную множеством стенок (46), соединенных с внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24),

причем указанное множество стенок (46) проходит между множеством разделенных пространств (48) между внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24) и разделяет указанное множество разделенных пространств (48); а

пеноматериал (64) заполняет указанное множество разделенных пространств (48) между внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24).

Пункт 6. Композитная конструкция (10) по пункту 5, в которой:

указанное множество стенок (46) придает каждому из указанного множества разделенных пространств (48) сотовую конфигурацию.

Пункт 7. Композитная конструкция (10) по пункту 5, в которой:

указанное множество стенок (46) придает каждому из указанного множества разделенных пространств (48) трапециевидную конфигурацию.

Пункт 8. Композитная конструкция (10) по пункту 1, в которой:

композиционный материал внешней панели (12) выбран из группы, содержащей кевлар 49, стекловолокно, карбид бора, волоконный материал Spectra, ткань некстель, графитоэпоксидную ткань, волоконный материал Spectra/полиэтилен, графитоэпоксидную ленту и слоистый материал, содержащий графит/материал Spectra/полиэтилен высокой плотности; и

композиционный материал внутренней панели (24) выбран из группы, содержащей кевлар 49, стекловолокно, карбид бора, волоконный материал Spectra, ткань некстель, графитоэпоксидную ткань, волоконный материал Spectra/полиэтилен, графитоэпоксидную ленту и слоистый материал, содержащий графит/материал Spectra/полиэтилен высокой плотности.

Пункт 9. Композитная конструкция (10) по пункту 1, в которой:

толщина внешней панели (12) находится в диапазоне от 0,2 см до 2,0 см; а

толщина внутренней панели (24) находится в диапазоне от 0,2 см до 2,0 см.

Пункт 10. Композитная конструкция (10) по пункту 9, в которой:

пространство (42) между внутренней поверхностью (160 внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24) имеет величину в диапазоне от 5 см до 10 см.

Пункт 11. Композитная конструкция (10), содержащая:

- внешнюю панель (12), выполненную из композиционного материала и имеющую толщину между внешней поверхностью (14) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (16) внешней панели (12),

при этом внешняя поверхность (14) внешней панели (12) и внутренняя поверхность (16) внешней панели (12) являются гладкими непрерывными поверхностями и по существу параллельны;

- внутреннюю панель (24), выполненную из композиционного материала и имеющую толщину между внешней поверхностью (26) внутренней панели (24) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24),

при этом внешняя поверхность (26) внутренней панели (24) и внутренняя поверхность (28) внутренней панели (24) являются гладкими непрерывными поверхностями и по существу параллельны;

- пространство (42) между внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24);

- опорную конструкцию (44) в указанном пространстве (42), соединенную с внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24),

при этом опорная конструкция (44) имеет решетчатую конфигурацию, образованную множеством стенок (46), соединенных с внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24),

причем указанное множество стенок (46) проходит между множеством разделенных пространств (48) между внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24) и разделяет указанное множество разделенных пространств (48);

- пеноматериал (64), заполняющий указанное множество разделенных пространств (48) между внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24); и

- проволоку (66), проходящую через указанное пространство (42) между внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24) и имеющую высокую электрическую проводимость.

Пункт 12. Композитная конструкция (10) по пункту 11, также содержащая:

изоляцию (72) в указанном пространстве (42) между внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24), при этом изоляция (72) является многослойной изоляцией.

Пункт 13. Композитная конструкция (10) по пункту 12, в которой:

указанная изоляция (72) является теплоизоляцией, а также изоляцией, защищающей от излучения.

Пункт 14. Композитная конструкция (10) по пункту 11, в которой:

проволока (66) выполнена в виде спирали, которая проходит через указанное пространство (42) между внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24).

Пункт 15. Композитная конструкция (10) по пункту 11, в которой:

указанное множество стенок (46) придает каждому из указанного множества разделенных пространств (48) сотовую конфигурацию.

Пункт 16. Композитная конструкция (10) по пункту 11, в которой:

указанное множество стенок (46) придает каждому из указанного множества разделенных пространств (48) трапециевидную конфигурацию.

Пункт 17. Композитная конструкция (10) по пункту 11, в которой:

композиционный материал внешней панели (12) выбран из группы, содержащей кевлар 49, стекловолокно, карбид бора, волоконный материал Spectra, ткань некстель, графитоэпоксидную ткань, волоконный материал Spectra/полиэтилен, графитоэпоксидную ленту и слоистый материал, содержащий графит/материал Spectra/полиэтилен высокой плотности; и

композиционный материал внутренней панели (24) выбран из группы, содержащей кевлар 49, стекловолокно, карбид бора, волоконный материал Spectra, ткань некстель, графитоэпоксидную ткань, волоконный материал Spectra/полиэтилен, графитоэпоксидную ленту и слоистый материал, содержащий графит/материал Spectra/полиэтилен высокой плотности.

Пункт 18. Композитная конструкция (10) по пункту 11, в которой:

толщина внешней панели (12) находится в диапазоне от 0,2 см до 2,0 см; а

толщина внутренней панели (24) находится в диапазоне от 0,2 см до 2,0 см.

Пункт 19. Композитная конструкция (10) по пункту 18, в которой:

пространство (42) между внутренней поверхностью (16) внешней панели (12) и внутренней поверхностью (28) внутренней панели (24) имеет величину в диапазоне от 5 см до 10 см.

Пункт 20. Способ выполнения композитной конструкции космического аппарата (74), включающий:

выполнение космического аппарата (74) с внутренней панелью (24), которая проходит вокруг внутреннего объема космического аппарата (74), и внешней панелью (12), которая проходит вокруг внутренней панели (24);

выполнение внешней панели (12) из композиционного материала, выбранного из группы, содержащей кевлар 49, стекловолокно, карбид бора, волоконный материал Spectra, ткань некстель, графитоэпоксидную ткань, волоконный материал Spectra/полиэтилен, графитоэпоксидную ленту и слоистый материал, содержащий графит/материал Spectra/полиэтилен высокой плотности;

выполнение внутренней панели из композиционного материала, выбранного из группы, содержащей кевлар 49, стекловолокно, карбид бора, волоконный материал Spectra, ткань некстель, графитоэпоксидную ткань, волоконный материал Spectra/полиэтилен, графитоэпоксидную ленту и слоистый материал, содержащий графит/материал Spectra/полиэтилен высокой плотности;

обеспечение пространства (42) между внешней панелью (12) и внутренней панелью (24);

размещение опорной конструкции (44) в указанном пространстве (42) и соединение опорной конструкции (44) с внешней панелью (12) и внутренней панелью (24);

размещение пеноматериала (64) в указанном пространстве (42) и опорной конструкции (44);

пропуск через указанное пространство (42) проволоки (66), выполненной в виде спирали; и

соединение источника (84) питания с проволокой (66).

Пункт 21. Способ защиты космического аппарата (74) от излучения, включающий:

подвергание воздействию экстремальных условий космоса космического аппарата (74), выполненного с внутренней панелью (24), проходящей вокруг внутреннего объема космического аппарата (74), с внешней панелью (12), проходящей вокруг внутренней панели (24), и с пространством (42) между внутренней панелью (24) и внешней панелью (12);

размещение электрического проводника (66), имеющего участок с противоположными первыми и вторыми концами (82, 86), в космическом аппарате (74), при этом указанный участок электрического проводника (66) проходит в виде спирали от первого конца (82) электрического проводника до второго конца (86) электрического проводника (66) вокруг космического аппарата (74);

направление электрического тока через указанный участок электрического проводника (66) от первого конца (82) электрического проводника (66) ко второму концу (86) электрического проводника (66);

создание магнитного поля в указанном пространстве (42) посредством указанного электрического тока, направляемого через указанный участок электрического проводника (66); и

отталкивание излучения магнитным полем, создаваемым в указанном пространстве (42), с защитой, таким образом, указанной конструкции от излучения.

Поскольку в конструкции устройства и способе его работы, описанных и проиллюстрированных в настоящем документе, могут быть сделаны различные модификации без отхода от сущности и объема изобретения, подразумевается, что весь материал, содержащийся в приведенном выше описании или показанный на прилагаемых чертежах, следует интерпретировать как иллюстративный, а не ограничивающий. Таким образом, широта и объем настоящего изобретения не должны быть ограничены ни одним из описанных выше примерных примеров, но должны быть определены только в соответствии с последующей формулой изобретения, прилагаемой ниже, и ее эквивалентами.

Реферат

Многофункциональная композитная конструкция имеет модульное исполнение, которое может быть изменено в зависимости от экстремальных условий, которые будут воздействовать на эту конструкцию, например опасное излучение, поток микрометеоритов и орбитальных осколков, резкие изменения температуры и т.д. Сочетания материалов, используемые в указанной многофункциональной композитной конструкции, обеспечивают создание опорной конструкции с низким весом и максимальной защитой от излучения, воздействия орбитальных осколков и температурных колебаний. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 13 ил., 1 табл.

Формула