桁架结构在浮空器、空间站和卫星中都是很有效的一种结构，由于结构简单，载荷分配合理，易于安装和拆卸的特点，它的应用前景很广泛。以往大多采用金属结构，质量大，降低了所能承受的有效载荷。高性能碳纤维复合材料具有比重小、比强度和.比模量高、耐湿性能、耐疲劳性能和耐磨性好等综合优异特点，同时碳纤维复合材料又具有很好的可设计性能等。因此，用碳纤维复合材料结构代替以往桁架结构中的铝合金、钛合金等金属材料，可以有效减轻航天器的结构质量，增加有效载荷，是当今航天新材料的研究重点和发展方向。

　　1、桁架设计

　　本研究的对象是一种应用于某临近空间软式浮空器的裙体复合材料桁架结构，大环直径30m，主要由2个大圆环连接组成，圆环之间距离600mm，大圆环由16段圆弧杆组成，圆弧管外径为60mm，壁厚2mm，上下共32段。其连接点设在三角支撑处。对于单独圆杆，中间再用两根直杆支撑，三角支撑处也为直杆。

　　2、接头设计

　　接头形式设计主要考虑圓弧杆的联接强度、连接面积、稳定性及刚性等。采用锥圆槽结构十粘结十螺栓连接结合的方式，结合圓弧杆的端头设计，实现接头连接的高强、稳定和可靠性。为了确保整体结构的刚性，接头采用整体设计，在拉伸方向做竖.筋以加强连接处的刚性。圓管接头处内部添加质轻、刚性较大的填充体，以避免在接头压紧情况对園弧管接头处的破坏，同时也防止榫接头在受较大拉力产生形变而从扣件中拔出。

　　3、桁架的圆弧管设计要求

　　复合材料杆件按其断面一般有矩形、圆形和异型3种类型。矩形和圆形又分为有夹层和无夹层两类，无夹层的可称为层合杆件，有夹层的可称为夹层杆件。层合杆件纵向有较高的强度和刚度，但其横向的刚度较小，在横向荷载作用下容易产生较大的变形。夹层杆件采用轻质的芯材，强度和刚度大的复合材料层分布于杆件的外侧，因而杆件能获得较高的刚度，减小了杆件在横向荷载作用下的弯曲变形。央层杆件中的芯材多为蜂窝、泡沫塑料和软木等轻质材料，不会因此而增加较大的质量，所以这种结构形式在工程中有很大的应用价值。在承受特别大的荷载时也可采用夹芯材料的组合杆。

　　本研究的大型环形桁架结构的圆弧管由于具有较大的曲率，选用圆环形截面的层合杆件，该截面具有较大的截面惯性矩，因而杆件能获得较高的刚度，在受较大弯矩、受扭矩时，相对变形小，尺寸稳定性好。

　　4.预浸料铺层形式

　　为便于结构分析和理论估算，在进行铺层形式选择时一般选用0°、±20°、±45°和90°组合铺层形式。从满足力学性能的设计要求以及尺寸稳定性和工艺实施等因素，充分发挥增强材料的特性，铺层形式经分析及理论估算采用以下基本原则：(1)为了保证产品的后加工制孔，外观品质和铺层操作方便性，在产品的最外层以及最内层均采用3K平纹碳布预浸料；(2)根据不同部位的厚度要求，原则上均采用(0°、±20°、±45°和90°)交错铺层方式，每层层数根据设计计算。