[发明专利]一种燃料供应舱用轻质高强度活塞及其制备方法

说明书

本发明涉及一种燃料供应舱用轻质高强度活塞，该活塞由下述重量百分比的组分制成：聚醚醚酮67%~84%、纤维粉末12%~28%、碳纳米粒子1%~3%、活性浆料1%~3%。同时，本发明还公开了该活塞的制备方法。本发明加工后的活塞成品无变形，表面致密、无缺陷，不但可以大幅度降低燃料供应舱的自重，而且对于燃料挤代过程中的密封可靠性具有显著提升，可满足低压差工况下的活塞结构强度和运行可靠性。

技术领域

本发明涉及水下涡轮增压式发动机技术领域，尤其涉及一种燃料供应舱用轻质高强度活塞及其制备方法。

背景技术

涡轮增压式发动机具有耗气量低、焓降大以及结构简单等特点，是作为提高水下航行器运行速度的动力推进系统的主要技术途径之一。水下涡轮机动力推进系统主要由电控变排量燃料泵、燃烧室、燃料供应舱、推进器、转速闭环控制器以及相关辅助机构等组成。其中燃料供应舱是储存和供应燃料的重要装置，其静置储存燃料的密封性和供应燃料的稳定性关乎水下推进系统的可靠性。随着水下推进系统向小型化、强动力以及集成化等方向的发展，迫切需要发展空间紧凑型的挤代式燃料供应装置与技术。

为了克服传统OTTO-Ⅱ燃料面临贫氧、燃烧不充分以及能量、比冲较低等缺点，高氯酸羟胺（HAP）与传统OTTO-Ⅱ和海水组成的三组元推进剂具有较高的能量密度和使用安全性，已成为未来水下动力推进系统的重要反应燃料。其中OTTO-Ⅱ为燃烧剂，HAP为氧化剂，海水为冷却剂，使得推进剂的氧平衡得到显著改善，反应过程中燃烧较完全，能量密度可达719kW·h/m³。可是HAP三组元推进剂的化学特性会导致挤代式燃料供应装置核心金属运动部件的腐蚀与磨损，从而使得存储与挤代过程中金属活塞的运行可靠性显著降低。因此，面临着燃料供应舱对轻量化和存储可靠性的技术需求，高性能轻质耐腐蚀活塞的研制与应用已成为制约水下动力推进系统的重要因素。

为了满足燃料舱的减重需求，舱体与活塞大多采用铝合金制造，然而HAP三组元推进剂对铝合金与不锈钢等都有较强的腐蚀作用。专利USP5104514报道了一种在铝合金壳体和活塞表面防护材料的方法应用于水下推进系统中，具体方法如下：先将铝合金壳体进行喷砂处理，然后浸泡在硫酸钠溶液中施加电流进行阳极化处理，形成厚度为60~70μm的阳极氧化膜，再将其浸泡于重铬酸钠溶液后漂洗并风干，静电喷涂环氧树脂粉末，固化后在铝合金阳极氧化膜表面生成120μm左右的环氧树脂涂层。试验证明，该保护涂层与铝合金壳体有良好的结合力、耐腐蚀性能及耐磨性能。

此外，据报道美国已经采用净成型模注法制造高分子复合材料推进器结构部件，以取代原有的锻造铝合金。该部件采用了液体模压成型技术，在模具中注入玻璃纤维增强不饱和聚树脂，脱模固化后利用精密加工成型制备相关结构部件，其中玻璃纤维含量为30%~60%，获得了良好的使用效果。可是针对玻璃纤维增强不饱和聚树脂在HAP三组元推进剂中的耐腐蚀性和运行可靠性并没有相关数据报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种降低燃料供应舱自重、提升密封可靠性的燃料供应舱用轻质高强度活塞。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供该燃料供应舱用轻质高强度活塞的制备方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种燃料供应舱用轻质高强度活塞，其特征在于：该活塞由下述重量百分比的组分制成：聚醚醚酮67%~84%、纤维粉末12%~28%、碳纳米粒子1%~3%、活性浆料1%~3%。

所述聚醚醚酮的重均分子量为65000~80000g/mol。

所述纤维粉末是指玻璃纤维粉末或碳纤维粉末；所述玻璃纤维粉末为无碱纤维，其长度为150~200μm，直径为10~15μm，长径比大于10；所述碳纤维粉末长度为120~150μm，其单丝直径为5~10μm，长径比大于20。

所述纤维粉末的表面含有羧基基团。

所述碳纳米粒子是指石墨烯或碳纳米管。