碳纤维外缠绕的轻质纤维/金属压力容器

最近研制的轻质纤维/金属复合材料压力容器用的高强度碳纤维已通过了试验鉴定。对碳纤维性能、小试验气瓶性能、圆筒体性能、球体性能和低温贮箱性能等也进行了测量。试验结果与金属压力容器及其它纤维/金属压力容器结构进行了比较。碳纤维/金属圆筒压力容器和球形压力容器与以前性能最好的凯夫拉49/金属复合材料结构相比,其实际性能提高23％以上。     

凯夫拉49/环氧复合材料的老化和质量保证

本文总结了凯夫拉49/环氧复合材料使用寿命研究的主要成果,提出了材料的验收标准和制造中应遵循的一些防护措施。     

树脂/纤维界面对凯夫拉压力容器性能的影响

本文报导了凯夫拉-49纤维缠绕的直径为5.75英寸各种压力容器的环向纤维应力特性,在这些容器制作中,分别采用了不同的环氧树脂系统,一种松粘剂预处理的纤维/环氧系统,一种环向纤维材料上不加树脂的系统以及一种未经预处理的系统。树脂系统以三类常用的环氧树脂为代表:刚性环氧树脂、半柔性环氧树脂、及橡胶增韧的粘性环氧树脂。曾通过压力容器试验温度的变化来导致纤维/基体界面的变化。由于纤维/基体的高度偶联,引起了压力容器中纤维拉伸性能的降低,其值为凯夫拉-49浸胶纱带公称拉伸强度的51-77%。本文并提出了解释这些现象的机理。     

航天用改型芳酰胺纤维

纤维缠绕压力容器和火箭发动机壳体所用的芳酰胺纤维,其性能是由纤维强度和纤维一基体粘结力所决定的。用一种新的、强度更高且纤维—基体粘结力最佳的凯夫拉有机纤维,使压力容器的性能提高了50%。压力容器环向应力达到了3.55GPa,特性系数(PV/W)达到了40.4km。这种新纤维有较高的损伤容限。用于压力容器,其损伤容限为高应变石墨纤维(如IM—6)的十倍,是普通凯夫拉有机纤维的两倍。     

凯夫拉49复合材料缠绕孔眼的特性

用试验方法研究了凯夫拉49复合材料“缠绕孔眼”的强度。由于制作部件时绕在可拆卸销钉上的纤维是连续的,故这样形成的孔眼的强度显著超过钻削孔眼的强度。己研制成功一种模拟纤维缠绕孔眼的纤维缠绕环形试样,并用它来研究绕孔的强度。对厚度为0.04至0.25英寸和销钉直径为0.300至0.480英寸的试样均进行了试验。试验结果表明:试样极限强度明显受销钉形状、尺寸的影响。用有头销钉作试验,其承载极限应力达90000磅/英寸~2以上。基于这些试验结果的设计数据已被确认,并与采用缠绕孔眼作结构连接的小直径(2.7英寸和6.9英寸)纤维缠绕火箭发动机壳体的孔眼强度试验进行了比较。其相关程度是发动机壳体直径的函数,直径较小,则一致程度较高。     

新一代的固体火箭发动机壳体材料

近几十年来,国外在固体火箭发动机复合材料壳体的研制方面,有了很大的进展。六十年代初期,美国用玻璃纤维作北极星A2、北极星 A3、海神 C3等导弹的发动机壳体材料,与金属材料相比,强度是钢的两倍以上,重量可减轻60%左右。七十年代中期研制成功了凯夫拉49纤维,用于三叉戟Ⅰ、MX 等导弹上,较之玻璃纤维,重量轻35%,且复合材料的环向模量增加70%,特性系数由2.1×10~6厘米增至3.3×10~6厘米。近几年来又研制了高强度石墨纤维,这是新一代的固体火箭发动机壳体材料,如果用它来代替 MX 导弹所用的凯夫拉材料,还可减少结构重量20～30%。据称,石黑纤维壳体的尺寸稳定性优良,可以减少推进     

HTPB推进剂的老化及使用寿命

为了进行老化评价研究,选择和研制了三种不同固体含量的(88～91%)端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂。已经证实,88%固体含量的HTPB推进剂符合以前提出的老化模型。这种老化模型已成功地进一步用于较高固体含量的推进剂以及其它计划用的HTPB推进剂的实测力学性能老化数据。采用这种老化模型,根据加速热老化试验数据予测了长期力学性能,予测数据与六年实测老化数据相当一致。利用予测的推进剂破坏性能,结合火箭发动机的要求,来确定予先选定安全裕度的发动机药柱的使用寿命。本文列出了各种复合推进剂老化速率的比较数据。根据老化结果的分析,提出了一个宽范围老化行为的数学表达式。     

推进剂系统的纤维/金属复合压力容器

鉴定各种不同外形的全金属和纤维/金属复合压力容器的结构效率最令人满意的方法是:采用特性系数作为它们的工作压力、内部容积、重量等基本参数的比较。根据这个特性系数,可以看出纤维/金属复合的球形容器性能最高,其次才是金属球形容器。然而,由于最近的技术发展,复合的凯夫拉/铝圆筒形容器的性能和重量正接近于全金属球形容器。另外,复合材料圆筒容器较便宜,很适用。有时它提供比球形容器更好的装填系数。因此复合材科圆筒容器可以用于航天推进系统,它们已经用于航天飞机人工机动飞行系统上。     

日本“帝人”有限公司研制出另一种聚酰胺纤维

据《美国宇航》1986年8月报导:日本“帝人”(Teijin)有限公司研制出了另一种芳香族聚酰胺增强纤维,其优良的抗拉强度可延长寿命和减轻重量。“帝人”有限公司研制的HM一50不同于凯夫拉,它是由链状聚对亚苯基与3、4′—二苯醚对苯二甲酰胺制成的全芳基聚酰胺。而凯夫拉是聚对亚苯基对苯二甲酰胺(PPTA)。与凯夫拉相比,HM—50的抗拉强度为3GPa,高于凯夫拉,是市场上现有纤维中抗拉强度最高的一种,其拉伸模量为5.6GPa,低于凯夫拉。该材料致     

预应力复合材料压力容器的疲劳性能

本文介绍的预应力复合材料压力容器,内层为钛合金(Ti6 A14V)、外层为Kevlar—49缠绕的球形容器,是用来承受循环内压的空间压力容器。文中介绍了法德广播电视卫星TDFI/TVSAT計划所用的贮氦先进高压球形贮箱的疲劳性能数据,并讨论其金属衬层的疲劳性质和破坏形式。估計这种压力容器的剩余疲劳强度大约为8000次使用压力循环。     

日本“住友”化学公司研制出一种全芳香族液晶聚酯纤维

据《美国宇航》1986年8月报导:日本“住友”(Sumitomo)化学公司研制出的Ekonol纤维是一种对羟基苯甲酸、对苯二酸和双酚的共集物(其化学成分与Dartco公司研制的“Xydar”液晶聚合物类似)。它是一种新型的、不吸潮的全芳香族液晶聚酯纤维。具有与凯夫拉基本相同的性能:其抗拉强度为3.9GPa(凯夫拉为3.0GPa),拉伸模量为138GPa(凯夫拉为115GPa)。抗冲击强度好,尽管热稳定性尚未达到凯夫拉的标准。Ekonol在400℃左右是可熔的,一般成     

三叉戟Ⅰ(C_4)导弹第三级的高性能 PRD—49—Ⅲ纤维缠绕燃烧室的研制

洛克希德导弹空间公司计划采用杜邦公司的低密度、高强度、高模量PRD——49——Ⅲ纤维,研制一种三叉戟Ⅰ(C_4)导弹第三级所需的高性能纤维缠绕燃烧室,计划分三步进行:(1)确定材料的基本性能的特性数据;(2)用小尺寸的燃烧室试验来评定设计和制造设想;(3)用全尺寸壳体的爆破和结构试验来验证和确定设计与制造技术。本文提供了材料的基本性能以及小尺寸和全尺寸壳体的数据,数据证实了PRD—49—Ⅲ纤维燃烧室要比S—901玻璃纤维燃烧室轻35%,且复合材料的环向模量增加70%。     

加速老化试验方法评估典型橡胶密封材料贮存寿命的准确性研究

根据密封结构产品延寿工程需求,基于8106 乙丙橡胶等6 种典型运载火箭密封橡胶材料的加速老化试验数据,外推计算其在贮存温度下性能退化至设定值所需的老化时间,并与实际自然老化数据相比较来评价加速老化试验评估橡胶密封材料贮存寿命的准确性。结果表明,加速老化方法可准确用于橡胶密封材料的寿命评估工作。     

凯夫拉—环氧树脂压力容器在室温和高温下的静态疲劳寿命

本文讨论了50台把凯夫拉-环氧树脂作为壳体基体材料的纤维压力容器的实验情况。1978年以来,在室温条件下对15台球形容器进行了连续加压实验,壳体均没有破坏。另外也叙述了目前正在进行的175℉和200℉下其它壳体试验的一些情况。实验温度高于200℉的20台容器已进行了爆破试验,通过把容器加压到室温下实际平均爆破压力的一半,然后持续置于250℉的环境中,测得球形容器使用寿命为19—31小时,圆筒容器为48—160小时。虽然目前尚不清楚静态疲劳寿命随容器的形状而明显不同的原因,然而本文对所观察到的这种特性提出了一项假设。     

用声发射数据进行石墨／环氧压力容器的爆破压力预测

对于45.7 cm直径的石墨/环氧压力容器,利用水压检验期间的声发射(AE)数据,导出了一个用于预测其爆破压力的方程.所有6个试验容器的AE数据是在预汁爆破压力的12.5%或以下获得的.用高幅度(>70 dB)事件的百分比,在最坏的情况预测数的变化范围为95%时,线性方程可以在方程给定值的±0.751 MPa的误差范围内预测爆破压力.     

密封用硅橡胶老化过程宏观微观特性相关性

开展了密封用某型硅橡胶胶片试件的热空气加速老化试验,对不同等当老化年份下的试件进行了单向拉伸测试和元素分析,获得了老化过程中应力应变数据以及关键元素浓度变化数据;在不同等当老化年份下宏观力学性能及微观化学数据分析的基础上,研究了本构参数与等当老化时间的函数关系以及老化效应与等当老化时间的函数关系,进而建立了宏观力学行为与微观化学变化的相关性模型。某硅橡胶密封圈的应用表明,基于宏观、微观相关性的本构参数插值,应力应变数据与同批次材料100%应变范围内的最大偏差约为7.6%。     

航天飞行器用的低成本高性能纤维/金属复合容器

介绍了纤维缠绕复合筒形和近球形压力容器,讨论了低成本、高性能金属内衬和纤维外缠工艺的进展,比较了压力容器的性能,详细叙述了用于未来航天飞行器容器的可能性。     

纤维缠绕复合材料及混杂复合材料的双轴力学性能

本文对碳纤维(CF),Kevlar 49纤维(KF),玻璃纤维(GF)及其层内混杂复合材料压力容器的成型工艺和双轴力学性能进行了试验研究。对容器在内压作用下因刚度退化所引起的非线性应力应变行为,用逐步线性刚度退化理论进行拟合,所得理论值和实验结果相当吻合。水压试验和应变测试表明,在KF压力容器中加入CF,并使强度基本不变的前提下,可明显提高容器的刚度,基体的开裂强度有可能提高近3倍。若CF—GF层内混杂,则表现出较大的负混杂效应。     

一种少烟固体火箭发动机的结构使用寿命估计

少烟幼畜(Maverich)固体火箭发动机的结构使用寿命估计是以解剖发动机的推进剂性能数据为基础进行的。为了在两年的时间里模拟五年的使用寿命,这些发动机经历了实验室加速化学和力学老化。用经验老化模型来推测发动机推进剂的性能和药柱横截面上的性能梯度,建立了有限元计算机模型来计算这些性能梯度,并确定发动机安全裕度与时间的函数关系。根据分析,预计这种发动机的使用寿命在10年之上。     

全复合材料的远地点发动机

1982年11月4日,由法国欧洲动力公司(SEP)和美国联合工艺公司化学系统分公司(CSD)合作研制的全复合材料的试验远地点发动机成功地进行了首次地面试车。这种新型发动机的全部部件均是用碳/碳,陶瓷/陶瓷,凯夫拉/环氧等复合材料,并采用最先进的工艺技术制造的。本次试车目的是:全面检测发动机的壳体结构,内绝热层,点火器,装药和推