[发明专利]一种集成有安装接口的复合材料球形气瓶及其制作方法

说明书

本发明提供了一种集成有安装接口的复合材料球形气瓶及其制作方法，通过支撑环实现复合材料球形气瓶与气瓶安装装置的可靠连接。本发明提供的集成有安装接口的复合材料球形气瓶及其制作方法中，支撑环安装在球形气瓶赤道圆环位置，通过高温固化的碳纤维/环氧树脂将球形气瓶本体与支撑环固化为一个整体，并且支撑环上设有气瓶安装接口，通过支撑环实现复合材料球形气瓶与气瓶安装装置的可靠连接，支撑环承载能力强、附加质量小，能够满足航天航空对气瓶高性能要求。

技术领域

本发明高压气体存储技术领域，具体涉及一种集成有安装接口的复合材料球形气瓶及其制作方法。

背景技术

复合材料气瓶由于其质量轻、可靠性高、失效模式安全等特点，在航天航空领域得到广泛应用，复合材料球形气瓶本体外观除气口外全部为复合材料结构，常用的焊接或螺接等连接方式无法直接将气瓶安装在气瓶安装装置上。

现有的复合材料球形气瓶通常采用包带结构的安装方式，这种方式附加质量较大，承载能力较小，通常只用于小容积气瓶的安装，在气瓶和贮存介质质量较大时，包带连接结构在气瓶膨胀力和力学载荷作用下，容易出现断裂和失效现象，无法提供安全可靠的安装连接。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种集成有安装接口的复合材料球形气瓶及其制作方法，通过支撑环实现复合材料球形气瓶与气瓶安装装置的可靠连接。

本发明的技术方案如下：

本发明集成有安装接口的复合材料球形气瓶，包括：球形气瓶本体、支撑环和支撑环固定层；

所述支撑环安装在球形气瓶本体赤道圆环位置，内壁与球形气瓶本体贴合；

所述支撑环轴向的一端沿周向加工有两个以上的条形槽，并在外缠绕有支撑环固定层；通过高温固化所述支撑环固定层将支撑环和球形气瓶本体形成一体；

所述支撑环轴向的另一端沿周向均匀设置两个以上具有弹性的安装耳片；所述安装耳片用于为气瓶提供安装接口，所述安装耳片彼此之间不连接。

其中，所述支撑环的部分条形槽上设有圆孔，设有圆孔的条形槽与其余条形槽间隔分布。

其中，所述球形气瓶本体包括内衬和复合层，所述内衬为球形，用于密封贮存气体，并为复合层缠绕提供芯模，所述复合层缠绕在内衬外表面，用于承担气瓶全部内压载荷。

较佳地，所述内衬为钛合金薄壁焊接结构；所述复合层为碳纤维T1000和环氧树脂组成的碳纤维/环氧树脂复合层。

较佳地，所述支撑环固定层的材料纤维/环氧树脂。

其中，所述气瓶安装接口为螺纹安装孔。

本发明还提供了一种集成有安装接口的复合材料球形气瓶的制作方法，包括如下步骤：

步骤1，进行气瓶内衬加工，得到气瓶的球形内衬；

步骤2，在球形内衬外侧缠绕复合层，得到球形气瓶本体；

步骤3，加工支撑环:支撑环轴向的一端沿周向加工有两个以上的条形槽,另一端沿周向均匀设置有两个以上具有弹性的安装耳片作为安装接口；

步骤4，并通过工装将加工好的支撑环内径撑开约20mm后移动到球形气瓶本体赤道处位置；当支撑环到达气瓶赤道圆时，取下工装，支撑环收缩与球形气瓶本体抱紧；

步骤5，在支撑环外部用支撑环固定层将支撑环与球形气瓶本体固定；

步骤6，对支撑环固定层进行高温固化，使得支撑环和球形气瓶本体形成一体，得到集成有安装接口的复合材料球形气瓶。

有益效果：