[实用新型]一种碳纤维复合材料金属膜片贮箱

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种压力容器，具体地，涉及一种碳纤维复合材料金属膜片贮箱。

背景技术

推进剂贮箱是一种带液体管理装置的中低压压力容器，针对液体姿控动力系统设计。该种产品的关键问题是：一方面是要具备在空间微重力条件下对液体进行有效管理的能力（气液隔离）；另一方面是要能够承受运载在发射时的力学环境考核（力学过载等）。

常用的推进剂贮箱管理装置有表面张力，金属膜片和非金属囊式等。金属膜片贮箱的主要特点是：利用金属膜片对推进剂进行主动管理：一方面，在挤压气体作用下，膜片紧贴液面，消除了推进剂的晃动，设计方案保证贮箱加注介质的晃动力满足要求；另一方面利用金属膜片将气液物理隔缘，确保向发动机输出不夹气的推进剂。该种金属膜片与贮箱壳体连接采用焊接形式，保证推进剂密封贮存性能满足要求。

国内外战略战术导弹型号和空间飞行器大量选用金属膜片贮箱作为其推进系统的贮箱。但这些产品均是全金属结构的容器，随着宇航事业的发展，这种产品已经远远不能满足飞行器轻质化设计的要求。

近年复合材料技术的迅猛发展，尤其是高性能碳纤维缠绕技术在压力容器中的大量应用，其大的降低了容器的结构质量。但由于金属膜片贮箱一般为多条环向焊缝的球形压力容器，结构中固有的存在多处几何不连续。现有的技术未解决在金属膜片贮箱中使用复合材料技术。

欧洲公开号EP0941925A2的实用新型专利公开了一种推进剂贮箱，但是该实用新型仅是给出了金属膜片贮箱的基本构型，未能解决产品的轻质化设计问题。

中国专利公开号CN102275067的实用新型专利公开了一种航天器燃料用半球形金属贮箱的加工制备方法，该方法给出了钛材料金属膜片的制造方法，容易控制质量，但是，该方法采用纯钛薄板作为制备材料，价格昂贵，真正推广应用存在一定困难。

中国公开号CN1715729A的实用新型专利公开了一种大尺寸、超薄金属内衬的复合材料压力容器及其制造方法。该实用新型存在以下局限：首先，该实用新型并未涉及如何装配金属膜片管理装置；其次，该实用新型的贮箱如果在加注大质量推进剂后，其力学环境适应性能力有限，该实用新型未给出如何解决这一问题的技术途径，并且，该实用新型缠绕技术未给出球形压力容器的实施方案。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种碳纤维复合材料金属膜片贮箱。

根据本实用新型的一个方面，提供一种碳纤维复合材料金属膜片贮箱，包括内衬1和金属膜片2，还包括绝缘层3和碳纤维复合材料层4，内衬1包括上法兰11、上半球12、连接环13、下半球14和下法兰15，上半球12和下半球14通过连接环13连接，上法兰11与上半球12连接，下法兰15与下半球14连接，金属膜片2与连接环13对接，内衬1的外表面涂覆绝缘层3，绝缘层3外表面缠绕碳纤维复合材料层4，且绝缘层3的外表面与碳纤维复合材料层4粘接连接。

优选地，金属膜片2与连接环13采用氩弧焊焊接连接。

优选地，内衬1采用铝合金制成，内衬1的厚度T1为1.2～1.7mm，内衬1的直径D1为800～1200mm。上半球12、连接环13和下半球14依次焊接连接，对接处壁厚T2为2～3mm；上法兰11和上半球12，及下法兰14和下半球15均采用焊接连接，对接位置直径D2为50～300mm。

优选地，内衬1的上半球12端部设置有倒角R1，下半球14端部设置有倒角R2，其中，倒角R1不小于10mm，倒角R2不小于15mm，且倒角R1对应的厚度T3不小于8mm，倒角R2对应的厚度T4为不小于10mm；内衬1上端和下端壁厚分别由T3和T4逐渐过渡减薄至T1,且过渡直径D3不小于300mm，过渡直径D4不小于400mm。

优选地，绝缘层3为聚脂PU7022涂层，其厚度为0.1～0.5mm。

优选地，碳纤维复合材料层4为碳纤维／环氧缠绕层。

优选地，碳纤维／环氧缠绕层由环氧树脂与酸酐固化剂、苄基二甲胺按照重量配比1：0.9：0.005的比例混合成胶状，再将浸胶后的碳纤维在内衬1的外表面进行缠绕制备而成。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种碳纤维复合材料金属膜片贮箱的制造方法，包括以下步骤：

步骤1：制造加工内衬1并将内衬1与金属膜片2对接焊接在一起；

步骤2：在内衬的外表面涂制绝缘层3；

步骤3：在绝缘层3外表面缠绕浸胶的碳纤维复合材料层4。

优选地，步骤1中内衬1的制造方法包括以下步骤：