Estructura compuesta de alta deformación - High strain composite structure
Las estructuras compuestas de alta deformación (estructuras HSC) son una clase de estructuras de material compuesto diseñadas para funcionar en un entorno de alta deformación . Las estructuras compuestas de alta deformación pasan de una forma a otra tras la aplicación de fuerzas externas. Un solo componente de estructura HSC está diseñado para hacer la transición entre al menos dos, pero a menudo más, formas dramáticamente diferentes. Al menos una de las formas está diseñada para funcionar como una estructura que puede soportar cargas externas .
Las estructuras compuestas de alta deformación generalmente consisten en polímeros reforzados con fibra (FRP), que están diseñados para soportar niveles de deformación del material relativamente altos en el transcurso de condiciones normales de operación en comparación con la mayoría de las aplicaciones estructurales de FRP. Los materiales FRP son anisotrópicos y altamente adaptables, lo que permite efectos únicos sobre la deformación. Como resultado, muchas estructuras HSC están configuradas para poseer uno o más estados estables (formas en las que la estructura permanecerá sin restricciones externas) que están sintonizados para una aplicación particular. Las estructuras HSC con múltiples estados estables también se pueden clasificar como estructuras biestables .
Las estructuras HSC se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones donde se desean estructuras de bajo peso que también se pueden guardar en un volumen pequeño. Las estructuras compuestas flexibles se utilizan dentro de la industria aeroespacial para mecanismos desplegables como antenas o paneles solares en naves espaciales. Otras aplicaciones se centran en materiales o estructuras en las que se requieren múltiples configuraciones estables.
Historia
Los metales comúnmente utilizados en resortes (por ejemplo, acero de alta resistencia, aleaciones de aluminio y cobre-berilio ) se han utilizado en estructuras aeroespaciales deformables durante varias décadas con considerable éxito. Continúan utilizándose en la mayoría de las aplicaciones de estructuras desplegables de alta tensión y sobresalen donde se requieren las mayores relaciones de compactación y conductividad eléctrica . Pero los metales adolecen de altas densidades, altos coeficientes de expansión térmica y menores capacidades de deformación en comparación con los materiales compuestos. En las últimas décadas, la creciente necesidad de estructuras desplegables de alto rendimiento, junto con la aparición de una robusta industria de materiales compuestos , ha aumentado la demanda y la utilidad de las estructuras de materiales compuestos de alta deformación. Hoy en día, los HSC se utilizan en una variedad de aplicaciones aeroespaciales de nicho, principalmente en áreas donde se requiere una precisión extrema y poca masa.
A principios de 2014, el Comité Técnico de Estructuras de Naves Espaciales del Instituto Estadounidense de Aeronáutica y Astronáutica reconoció que el nivel de investigación y desarrollo activos en compuestos de alta deformación justificaba un grupo de enfoque independiente para distinguir los compuestos de alta deformación como un área técnica con desafíos, tecnologías, mecánica, métodos de prueba y aplicaciones. El Subcomité Técnico de High Strains Composite se formó para proporcionar un foro y un marco para apoyar los desafíos y éxitos técnicos de HSC, y promoverá avances continuos en el campo.
Patrimonio de los vuelos espaciales
El uso de estructuras desplegables de alta tensión se remonta a los días pioneros de la exploración espacial y ha jugado un papel crucial en la habilitación de una industria espacial robusta.
Hitos en estructuras deformables basadas en el espacio
| Estructura Nombre común | Material | Historia de desarrollo | Historial de vuelo | Referencias |
|---|---|---|---|---|
| Bisagra de resorte de cinta | Hoja de acero para muelles | |||
| Mástil extensible tubular almacenable (STEM) | Lámina de metal | Desarrollado por de Havilland Canada y Spar Aerospace Ltd. | 1961-AH2 Transit Research and Attitude Control (TRAAC), lanzado 1961. Alouette 1, lanzado en 1962 | |
| Antena envolvente de nervadura, nervaduras en forma de C | Hoja de aluminio | Desarrollado por Lockheed Missiles & Space Company a partir de 1962 | ATS-6, lanzado en 1974. | |
| Tubo lenticular | Hoja de acero inoxidable | Desarrollado por el Centro de Investigación Lewis de la NASA en 1965 | ||
| Mástil continuo más largo | Varillas de fibra de vidrio S2 | Desarrollado por Astro Aerospace. | USAF S-3 Magnetometer Boom lanzado en 1974. | |
| Tubo lenticular de celosía | Alambre de música de acero | Desarrollado por Astro Research Corporation en 1969. | ||
| Envoltura de la antena de costilla, costillas lenticulares | Laminado de polímero reforzado con fibra de vidrio (Fiberite HMS / 33) | Desarrollado por Lockheed Missiles & Space Company en la década de 1970; demostración en tierra 1982. | ||
| Reflector parabólico de antena trasera con resorte | Laminado de polímero reforzado con fibra de vidrio | Mobile Sat-1, lanzado en 1996 | ||
| Tubos aplanables plegables | laminado de fibra de vidrio y kevlar | Desarrollado por TRW Astro Aerospace para antenas MARSIS, lanzado en 2003 | Antenas Mars Express MARSIS, lanzadas en 2003 |
Bienes de consumo
Investigación y desarrollo actual
Clasificación de materiales
Polímero rígido
Polímero rígido
Polímero elastomérico
Desafíos técnicos
Arrastrarse
Pandeo de capa delgada
Métodos de simulación
Ver también
Referencias
Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica, Estructuras del Comité Técnico , de mucha tensión Estructuras Compuestas Subcomité