复合材料贮箱在航天飞行器低温推进系统上的应用与关键技术

复合材料低温贮箱的研制与开发是集合了多学科的复杂科学工程。航天技术的发展对航天飞行器性能提出了更高的要求,使得低温推进系统成为了研究重点。为了进一步提高航天器的性能,必须从结构的减重入手,贮箱作为低温推进系统中最大的部件,成为了未来重点发展方向。用碳纤维增强复合材料(CFRPs)代替铝合金用于制备可重复使用飞行器(RLV)的燃料贮箱成为近些年各个航天大国的重点研究方向。本文介绍了复合材料低温贮箱在航天飞行器领域研究与发展的过程,介绍了复合材料低温贮箱的一些典型型号,总结了发展复合材料低温贮箱所需解决的技术问题。     

铝锂合金贮箱焊接技术研究现状

铝锂合金是制造航天运载器贮箱的理想材料,其连接技术也是航天领域所关注的问题.本文综述了典型新一代铝锂合金材料2195及1460铝锂合金的主要焊接方法及其发展现状.与传统钨极氩弧焊、真空电子束焊、变极性等离子弧焊等熔化焊方法相比,新型固相连接技术搅拌摩擦焊由于能够获得更为优质的接头性能,有望在铝锂合金贮箱结构的连接上获得广泛应用.     

航天用气瓶、贮箱分类及制造技术

气瓶、贮箱等压力容器是航天结构动力系统的关键部件,本文对我国目前航天用气瓶、贮箱产品分类及发展现状进行概述,介绍了航天用气瓶、贮箱的制造技术,并分析预测未来我国航天事业发展中,气瓶、贮箱等压力容器产品高性能化、轻质化、系列化的发展趋势。     

多层隔热结构研究进展

多层隔热(MLI)结构在高真空环境下具有极低热导率,主要用于太空环境下飞行器和大型燃料贮箱的隔热.本文对MLI结构的隔热原理、选材、制备工艺及应用等进行了综述,简要介绍了国内外MLI结构的研究进展和发展趋势,提出进一步改进MLI的性能是我国实现飞行器长期在轨运行和深空探测的重要研究方向.     

大型运载火箭低温复合材料贮箱设计研究进展

不同于传统铝合金焊接装配贮箱设计,复合材料贮箱设计重点是在分析其全寿命周期载荷工况下复合材料基体微裂纹萌生和损伤扩展的基础上,通过有效的设计手段防止其所盛装的低温推进剂(LOX、LH2)泄漏。本文分别对低温用树脂基复合材料及其性能、复合材料贮箱设计准则、贮箱主要部段的结构设计等方面进行了综述,并对复合材料贮箱发展前景进行了展望。     

重复使用火箭贮箱焊接接头失效准则及高风险失效危险区确定研究

贮箱是重复使用火箭的关键部件之一,焊缝的完整性评定是重复使用火箭贮箱设计制造的难题。本文根据断裂力学弹塑性原理及双参数2A级失效评估方法,对重复使用火箭贮箱焊缝裂纹进行定量评估。基于贮箱焊缝完整性评定流程,给出求解贮箱箱底焊缝剩余强度和临界裂纹尺寸的方法,结合实例确定了典型贮箱高风险失效危险部位。计算结果表明,结构临界裂纹尺寸随外加应力增加而减小,剩余强度随临界裂纹长度增加而减小;在相同外加应力下,临界裂纹尺寸随结构外径的降低而减小;在一定临界裂纹尺寸下,剩余强度随结构外径增加而增加。     

火箭贮箱结构材料应用及发展现状

火箭贮箱是运载火箭的重要组成部件,但服役环境相对恶劣,在储存液体推进剂的同时还承担着复杂的结构载荷。结构材料是贮箱制造发展的根本,也是航天运载器变革的关键。本文主要介绍国内外运载火箭贮箱结构材料的应用及其发展现状,对铝合金、不锈钢、钛合金等金属材料以及复合材料贮箱进行了综述,系统性地总结了贮箱材料的变革历程和应用情况,并对未来贮箱材料的发展方向提出新的见解与展望。     

简谐激励下大型低温贮箱防晃设计

针对某大型低温贮箱,基于水平环形防晃板和竖直防晃板设计了一种布置于整个贮箱的固定结构防晃板,采用CFD软件Flow-3D数值模拟了一定简谐激励下,不同充注率时该防晃板的防晃效果.通过与液面水平环形防晃板对比发现:两种结构防晃效果相近,均可以显著抑制不同充注率下液体的质量中心波动范围.当充注率为50%时,两防晃结构甚至可以使波动范围减小64%;在晃动过程中,相比于液面水平环形防晃板,固定结构防晃板中单层水平环形防晃板的受力更小,但是贮箱受到的压力会有所增加;对比相同面积液面水平环形防晃板和竖直防晃板的防晃效果,液面水平环形防晃板优势更加明显;随着充注率的增大,液体在贮箱内晃动时液体的质量中心波动范围逐渐减小.      

低温推进剂贮箱压力变化的CFD仿真

为预示低温推进剂贮箱在地面停放阶段的压力变化并研究贮箱内物理过程的相互作用关系,建立了包含液体推进剂和混合气体两相的二维轴对称volume of fluid(VOF)计算流体力学(CFD)模型,并引入了基于热力学平衡假设的推进剂相变模型.对实验液氢贮箱进行仿真得到的压力上升速率与实验结果相差9.1%.通过对地面加压停放阶段下的液氢和液氧贮箱的仿真发现:造成液氢贮箱压力上升的主要因素是壁面漏热对气枕的加热作用,而液氢蒸发影响更小,液氧贮箱在加压停放阶段初期明显受到液氧相变的影响.两个贮箱中液面附近的对流运动在不同的气液传热过程作用下有不同的变化趋势,对流运动会影响推进剂的相变进而影响贮箱的压力变化.      

聚合物基复合材料在液氧贮箱中的应用研究

回顾了航天系统液氧贮箱的历史沿革，论证聚合物复合材料作为贮箱材料应用的必要性和可行性。从聚合物基体和纤维选择，复合材料的成型，与液氧相容性的评价以及综合性能测试进行了讨论。