一種星載空間晶體陣列探測器的保護結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及航天技術領域，具體為一種星載空間晶體陣列探測器的保護結構。
【背景技術】
[0002]空間探測宇宙線粒子越來越面臨如下幾個方面的挑戰:需要探測極高的能量、寬廣的動態范圍，并面臨空間環境所帶的特殊需求如重量、體積等要求。空間探測宇宙線粒子，物理上應盡可能的采用質量小、密度較小的結構件材料，但國內以往的探測器如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構件首選材料。國內空間探測自2000年以后也開始越來越大規模的使用非金屬作為結構件材料，典型如碳纖維材料，但基本都是用于衛星本身的支撐結構。
【發明內容】
[0003]針對現有技術中的存在的問題，本發明的技術目的是提供一種新型的晶體陣列探測器保護結構，滿足空間探測的特殊環境要求。
[0004]為實現上述技術目的，本發明公開的技術方案為:
一種星載空間晶體陣列探測器的保護結構，其特征在于，包括底座以及固定在底座上方的框型承力結構、箱型主結構:
所述框型承力結構包括多個立柱和連接相鄰立柱的橫梁；
所述箱型主結構設置在框型承力結構立柱與橫梁合圍構成的框體內，箱型主結構由多個單層箱體在豎向上疊加構成，上、下相鄰單層箱體呈正交狀擺放，且端部交替錯開，使奇數層相鄰單層箱體或偶數層相鄰單層箱體的端部之間形成卡入所述橫梁的槽體，所述單層箱體內設有多條并行的用于安裝探測器晶體的方型管腔。
[0005]在上述內容的基礎上，進一步改進的技術方案還包括:
作為優選，所述單層箱體、立柱、橫梁為非金屬纖維增強材料，如碳纖維增強復合材料等，以減少空間晶體陣列周圍的金屬結構，降低因金屬結構帶來的次級粒子干擾，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于晶體本身長度，這樣可以在晶體兩端耦合光電讀出器件，互為耦合備份，為解決空間探測晶體陣列設計雙端光電讀出冗余備份的問題提供安裝空間。
[0007]所述橫梁內設有預埋件，所述預埋件上設有螺紋孔，橫梁對準預埋件螺紋孔的位置設有對應的通孔，考慮到螺紋通孔的加工可能會引入大量材料肩，所述預埋件上的螺紋孔均設計為盲孔。所述預埋件可進一步設為中部設有空腔的“回”字形預埋件。
[0008]所述底座內部設有蜂窩結構，所述蜂窩結構包括蜂窩芯、蜂窩頂部蒙皮、蜂窩底部蒙皮，所述蜂窩結構的上方設有一加強板，上述蒙皮和加強板均為碳纖維或碳纖維增強復合材料。所述蜂窩底部蒙皮的下方可增設一層鋁蒙皮，所述蜂窩芯優選采用鋁合金材料制成。
[0009]為保障強剛度要求，所述蜂窩結構內部還設有加強梁，所述加強梁包括四根合圍拼成矩形框的框架和位于所述矩形框內的X型支撐梁。
[0010]位于框型承力結構四角的立柱底端設有預埋件，所述預埋件位于底座的蜂窩結構內，利用預埋件側面榫頭將各框架和X型支撐梁連接起來，預埋件上部的榫頭穿過蜂窩頂部蒙皮與立柱連接。
[0011]所述框架、X型支撐梁內設有預埋件，所述預埋件為中部設有兩個上下疊置空腔的“日”字型預埋件，所述預埋件上設有用于與外部連接的接口，框架、X型支撐梁對應所述接口的位置設有通孔。
[0012]本發明用于空間晶體陣列探測器的安裝與定位，為空間粒子能量大動態范圍測量的難題提供解決可能，使得安裝有晶體陣列的探測器能夠通過空間力學環境的考核，使其滿足發射環境需求，且結構設計新穎，易于實現。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明一實施例的整體結構示意圖；
圖2為箱型主結構的結構示意圖；
圖3為單層箱體的結構示意圖；
圖4為框型承力結構橫梁的結構示意圖；
圖5為框型承力結構立柱的結構示意圖；
圖6為立柱的局部放大結構示意圖；
圖7為框型承力結構的結構示意圖；
圖8為“回”字型預埋件的結構示意圖；
圖9為立柱頂端預埋件的結構示意圖；
圖10為立柱底端預埋件的結構示意圖一；
圖11為立柱底端預埋件的結構示意圖二 ；
圖12底座的結構不意圖；
圖13為X型支撐梁結構示意圖；
圖14為框架的結構示意圖；
圖15為“日”字型預埋件的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]為了闡明本發明的技術方案及技術目的，下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步的介紹。
[0015]如圖1所述的一種星載空間晶體陣列探測器的保護結構，按結構功能主要分為三大部分，分別為框型承力結構1、箱型主結構2、底座3。
[0016]所述箱型主結構2由多個上下疊加并膠接的矩形單層箱體201構成，相鄰單層箱體201之間按照正交的方式擺放排列，且端部交替錯開，使奇數層相鄰單層箱體或偶數層相鄰單層箱體的端部之間形成卡入框型承力結構I橫梁的槽體207。每層單層箱體201內設有多條并行的用于安裝探測器晶體的方型管腔，如圖1至圖3所示，所述單層箱體201為碳纖維增強復合材料(CFRP)，例如M55J/AG80材料等。
[0017]箱型主結構2層數和每層方型管腔的數量根據物理設計需求變化，一般而言，所述方型管腔內壁尺寸應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，過小不利于晶體的固定，過大則會因為相鄰晶體間隙影響探測；層與層之間的間隔也不應過大或過小，過大影響產品的包絡尺寸，也會在一定程度上影響探測，過小則會對結構的強度造成不利影響。在本實施例中，箱型主結構2由14個單層箱體201順次正交疊摞放置后形成，如圖2所示，相鄰單層箱體201之間通過膠接固定，每層有22條并行的方形管腔(單個管腔內壁尺寸26*26mm2，長度700mm，管腔橫截面寬、高尺寸公差不超過0.1mm的正差)，相鄰方形管腔的間隔優選為1.5mm，上下層管腔之間的間隔優選設為3mm。單層箱體201可以由相應數量的單管并行膠接形成，也可以根據需要將單層直接整體成型。無論何種方式，管腔與管腔之間的間隙應保證在相應的公差范圍，不允許累積。
[0018]所述箱型主結構2為空間晶體的陣列提供安裝與定位，從而解決空間大動態范圍粒子能量測量的難題。放置晶體的方型管腔長度應長于晶體本身，這樣為設置在晶體兩端的光電讀出器件(光電倍增管，后稱PMT)及其保護套筒提供安裝位置。同時因為晶體陣列有效探測面積內，全部為碳纖維膠接結構，并未引入任何金屬物質，減少空間晶體陣列周圍的金屬結構，降低因金屬結構帶來次級粒子的干擾。
[0019]如圖1、圖4、圖7所示，框型承力結構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的兩側均設計有榫頭結構，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構I用于支撐箱型主結構，進行力的傳遞，分解BGO晶體重量到單層橫梁、并通過預埋件為PMT保護套筒提供螺釘緊固位置。
[0020]橫梁102的內部設置2A12鋁合金結構預埋件，提供連接外部的螺紋，用作外部接口，預埋件設計成“回”型，包括如圖8所示的三種類型，也可以作為橫梁