空间轻质折叠柜设计及ZK61M镁合金应用研究

发布时间：2020-03-19 12:39

【摘要】：根据国际空间站中已有型号的实验柜以及我国正在研发的型号实验柜的基础上结合我国实际航天条及特点,提出并开展可折叠轻质空间实验机柜概念的预研设计,使其具有质量轻占用空间小功能集成度高等优点。本实验柜预研项目首次提出空间可折叠概念即压缩打包上行在轨展开,项目中完成折叠零部件,背板载荷安装部件,冷却系统、蒙皮结构、传动系统、以及其余支撑结构的设计与初步选材,并对制作关键活动部件所使用的材料进行在服役条件下试验分析。折叠实验柜的关键零部件根据服役条件对所应用的关节部件材料进行针对研究试验,本预研产品首次使用镁合金(ZK61M)为基材作为关键活动组件进行减重设计应用,结合其材料的特性,分析其可能的失效因素为镁合金氧化腐蚀和活动部件磨损影响传动精度导致不能同步升降出现卡死状态。所设计的空间折叠柜采用丝杠驱动升降式平台,共可压缩高度为950mm。该实验柜通过简单展开可集成与原刚性实验柜大致相同功能的柜子。而该型号折叠柜可以更加方便航天运输以及质量减重,为其它科学实验载荷节省大量空间,经设计计算采用新型材料制作的折叠柜比传统实验柜有效降低了共计21kg重量。实验表明Zk61M镁合金基体材料力学性能满足折叠柜服役条件,并且基体材料在不同转速下的摩擦系数分别为0.341、0.305、0.303、0.301,镁合金表面镀镍材料摩擦系数分别为0.41、0.35、0.355、0.37,耐磨损性能满足使用要求。镁合金镀镍材料可以很好地保护机体材料防止氧化腐蚀以及磨损时有效降低基体材料损伤。对磨损后的材料在不同工况下分别进行摩擦系数、磨损率测量,磨损截面以及磨损面观测分析出其转速在166r/min(即摇柄输入转速为3r/s)下材料具有最佳的使用性能。
【图文】：

典型结构,轻质材料

a b图 1-1 ER 典型结构图天空间实验柜轻质材料应用国航天结构材料领域中，中科院广泛应用 7075 高强度铝合金[8]作为各主要承力结构支撑材料[9]，碳纤维复合材料作为柜体蒙皮[10]，而本项目的铝蜂窝背板[11~12]内埋水管路等模块在其他型号任务中也有应用且较不再过多讲述。螺母式传动[13]结构作为整个折叠柜升降的关键复杂活动部件，首次采金制作活动部件，研究零件运动机制对其材料性能影响，，验证轻质材料别大力且要求有较长工作寿命的工况下，作为直线往复运动部件的可行国航天未来采用类似轻质材料的零件应用于直线运动系统的方法条件。主要研究超轻合金作为折叠柜中活动部件在折叠柜展开压缩运行中的

示意图,示意图,载人空间站,燃烧科学

（c）（d）图 1-2 镁金属氧化示意图由于本产品未来在制作过程中，由于是单品制作，标准化零件较少，多为单独制作，制作工艺时间等一致性低，在镁合金部件存放期间，难免会因为各种因素导致表面氧化腐蚀。所以需要一种表层防腐手段保证隔离或抑制氧化腐蚀[54]。1.6 本论文研究意义与目标1.6.1 研究意义2020 年前后，我国将建造长期在轨运行、短期有人照料的载人空间站。我国空间研究机构目前已对载人空间站建成后将要开展的科学实验进行了规划。主要有空间材料科学、空间地球科学与应用[55]、微重力基础物理、微重力流体物理与燃烧科学、空间生命科学与生物技术、空间天文、空间物理与空间环境空间应用新技术等八个领域的应用任务[56]。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22;V524

【参考文献】