[发明专利]空间大容积复合材料表面张力贮箱

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间大容积复合材料表面张力贮箱，属于航天器制造技术领域。

背景技术

空间推进剂贮箱是各类航天器推进系统的必备重要组件，主要功能是贮存和管理推进剂。随着深空探测等项目的发展，对空间推进系统的推进剂装载量要求呈上升趋势，随之空间推进剂贮箱的容积向着大容积、轻质化方向发展。目前国内的最大空间推进剂贮箱容积不大于2000L，且壳体大多采用金属材料壳体。

与金属材料壳体贮箱相比，复合材料贮箱具有重量轻、可靠性高、失效模式安全等诸多优点。随着航天事业的发展。对航天产品的重量和安全要求越来越苛刻，轻质、可靠、安全的复合材料贮箱对于减轻结构质量、提高飞行器的性能、保障发射安全和降低发射成本等具有重要意义。

复合材料容器的发展始于20世纪50年代，主要应用在高压气瓶上。随着贮箱的大容积、轻质化要求，复合材料容器技术开始应用在推进剂贮箱上。复合材料贮箱主要由金属内衬、复合材料缠绕层、推进剂管理装置和安装结构组成，金属内衬一般选用薄壁铝合金内衬或钛合金内衬；复合材料缠绕层多选用碳纤维+环氧树脂体系，由于其技术成熟并广泛用于高压复合材料气瓶上；推进剂管理装置根据任务剖面和性能要求主要包括金属膜片、表面张力、金属膜盒、非金属隔膜等；安装结构主要由安装法兰、安装箍带、安装底座、安装裙座等，但对于容积较大的贮箱只有安装法兰和安装裙座可以适用。

为了满足空间推进系统对贮箱大容积、轻质化的要求，采用金属材料壳体的贮箱无法满足其苛刻的轻质化要求，且安装法兰与金属壳体整体加工成型的结构已成为制约大容积空间推进剂贮箱发展的瓶颈。

发明内容

针对空间推进剂贮箱大容积、轻重量的要求和现有法兰安装贮箱结构效率不高的现实，本发明提供了一种大容积、轻重量的薄壁金属内衬碳纤维缠绕复合材料表面张力贮箱。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种空间大容积复合材料表面张力贮箱，其包括内衬、第一缠绕层、第二缠绕层、裙座和环向缠绕层，所述第一缠绕层缠绕于内衬的外侧，所述第二缠绕层缠绕于第一缠绕层的上部和下部，所述裙座嵌套于第二缠绕层的外侧，所述环向缠绕层缠绕于裙座的外侧，所述内衬的内侧设有防晃装置。

作为优选方案，所述内衬包括内衬本体、上封头和下封头，所述上封头和下封头分别固设于内衬本体的顶部和底部。

作为优选方案，所述上封头的顶部设有气路接嘴，所述下封头的底部设有液路接嘴。

作为优选方案，所述下封头的表面设有推进剂管理装置。

作为优选方案，所述上封头和下封头的外型面均为椭球型面，所述椭球的短轴与长轴的长度之比为(0.6～0.7):1。

作为优选方案，所述内衬的材料为铝合金或钛合金。

作为优选方案，所述气路接嘴和液路接嘴的材料与内衬的材料相同。

作为优选方案，所述防晃装置的材料为铝合金或钛合金。

作为优选方案，所述推进剂管理装置包括网、骨架和叶片。

作为优选方案，所述裙座的材料为铝合金或层状结构复合材料。

作为优选方案，所述第一缠绕层、第二缠绕层和环向缠绕层的材料均为碳纤维 /环氧复合材料。

作为优选方案，所述第一缠绕层、第二缠绕层和环向缠绕层的制备方法均相同，具体为：

将环氧树脂、固化剂、促进剂和增塑剂混合成胶状液体，将碳纤维浸渍于所述胶状液体后，进行缠绕和固化。

作为优选方案，所述铝合金选自5A06铝合金、2A12铝合金、2A14铝合金、 7A04铝合金、7A09铝合金和7055铝合金中的一种。

作为优选方案，所述钛合金选自TA0、TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6、TA7、 TA8、TA9、TA10和TC4中的一种。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明解决了现有空间推进剂贮箱容积小、结构效率低、安装方式单一等问题。复合材料贮箱壳体+安装裙座的结构贮箱成为了解决大容积贮箱的结构重量大、力学环境适应性弱的路径之一；

2、使用本发明所述方法制造的复合材料表面张力贮箱可用于深空探测、载人飞船等领域，可有效降低其结构质量，增加有效载荷，降低发射成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明所述空间大容积复合材料表面张力贮箱结构示意图；

图2为本发明中空间大容积复合材料表面张力贮箱的下封头部分的局部放大图；