某碳纤维复合材料发动机壳体设计研制

介绍了某直径400 mm碳纤维缠绕复合材料发动机壳体的设计研制。根据该发动机的结构,以石棉/丁腈橡胶为壳体绝热层材料,用网格法建立了封头和筒段等结构层的模型,并给出了发动机的纤维缠绕壳体壁厚和层数设计结果,以及芯模制作、壳体绝热层成型和壳体裙装配等主要成型工艺。工作压力、气密和爆破等水压试验结果表明,所设计的碳复合材料发动机壳体满足性能要求。     

复合材料结构件固化成型工艺参数控制

介绍了复合材料结构件成型工艺特点和常用的工艺方法,以及固化成型中设备、温度和压力的控制技术,同时介绍了热压罐固化设备使用中的技术改造等。     

航空航天复合材料非热压罐成型研究进展

介绍了复合材料非热压罐成型的研究进展,包括非热罐成型用的树脂体系、预浸料技术、纤维自动铺放技术以及双真空袋成型工艺等,探讨了非热压罐技术的发展现状和前景。     

小型固体发动机燃烧室绝热层气囊自动膨胀加压粘贴成型工艺

提出了一种新型的固体火箭发动机燃烧室绝热层粘贴成型工艺。该方法使用成型模具先将绝热层模压硫化成预制件,然后在真空烘箱中,利用封口密闭气囊在真空环境下的自动膨胀加压作用,将硫化预制件粘贴到壳体上。该工艺方法显著特点是封闭气囊内的空气因热效应产生的压力增量抵消绝热套弹性变形的压力消耗。以TI116绝热层的使用为例,利用弹性变形模型计算出了该工艺方法所能适用的绝热层橡胶套的最大厚度,最低固化成型温度。通过拉伸试验确定了所用胶粘剂的固化参数,并对粘接数据曲线的原理进行了初步分析。整个粘贴成型过程中,真空烘箱还同时为绝热层/壳体界面提供了合适的真空度,避免粘贴界面的裹气、脱粘。相比于传统的气囊充气加压成型工艺方法,该工艺方法步骤简化,操作简便,单批次绝热成型壳体数量多,效率高,能很好地保证绝热层尺寸,适合于小型发动机的快速绝热成型。     

基于温度及芯模变形作用的复合材料缠绕张力设计

基于复合材料缠绕成型过程对工艺参数的要求,针对缠绕过程中芯模变形和加热温度对缠绕层应力分布影响等问题,建立温度和芯模变形作用下的缠绕张力设计数学模型。研究了温度引起缠绕层的应力分布解析模型,分析了缠绕内层和芯模在外层压力影响下制品的应力分布,结合3种典型的张力缠绕模型,研究了芯模内外径比以及张力锥度系数对缠绕层剩余张力的影响。提出实现缠绕制品等剩余张力下,初始缠绕张力和温度的理论关系。计算解析解与现有文献一致,文章考虑芯模变形和温度对制品应力影响,计算方法更符合实际,研究结果可用于缠绕张力设计和固化应力分析。     

复合材料带缠绕成型过程建模及工艺参数优化

复合材料带缠绕成型过程中,成型工艺参数的选取决定了缠绕制品的性能。采用正交实验法研究各工艺参数对缠绕制品层间剪切强度的影响规律和敏感度,并将正交试验数据与神经网络理论相结合,对带缠绕成型过程进行建模,得到缠绕成型工艺参数与层间剪切强度之间的非线性映射关系,并通过实验验证了模型的可靠性。在此基础上,利用粒子群优化方法在可行工艺参数域内对缠绕成型工艺参数进行优化。仿真与实验结果表明,基于神经网络模型的工艺参数粒子群优化算法能够快速、准确的得到带缠绕成型的全局最优工艺参数组合。使得缠绕制品层间剪切强度达到最优的工艺参数组合为:加热温度115℃,缠绕张力357 N,压辊压力1006 N和缠绕速度0.28 m/s,在最优工艺参数作用下,缠绕制品的层间剪切强度达到102.2 MPa。     

C/C材料-高硅氧布/酚醛树脂复合缠绕制品工艺研究

随着固体发动机推进剂性能的提高,对发动机喷管绝热扩散段抗冲刷性能的要求也不断提高。通过对C/C-高硅氧布/酚醛复合材料制品缠绕成型的工艺研究,即在C/C材料外型面补缠高硅氧布/酚醛材料,了解不同材料的复合成型方法,选择一种适合绝热扩散段的工艺方法,提高材料的烧蚀性能和抗冲刷性能。     

热塑性树脂纤维缠绕成型工艺

热塑性树脂具有良好的力学性能和电性能它的耐热性和韧性明显优于环氧树脂等热固性树脂,具有很广的应用前途,纤维缠绕原地固结工艺是最适于热塑性树脂纤维缠绕的一种复合材料成型工艺,它无需在固化炉或热压罐中固结,在性能和成本上均有较大优点,本文介绍了热塑性树脂的热熔浸渍、混编浸渍、纤维缠绕原地固结工艺和发展情况。     

喷管粘结

固体火箭发动机的喷管一般是由金属壳体与抗烧蚀的绝热层组成。其组合方法目前多用粘结法。在某型号发动机的研制过程中发现,加压方式对粘结质量有很大的影响,尤其是扩散段绝热层在采用锥体形固化夹具夹持并粘结后,当分解夹具时往往能听到撕裂声,但难于判断脱粘面的位置和大小。经分析,脱粘是由于扩散段绝热层在夹持、粘结中与锥体形夹具内胎及喷管壳体扩散段之间相互作用而产生径向胀形所致。根据这个分析,取消内锥面加压改为由端面加压的方式。实践证明:采用此项工艺技术措施后,可确保粘结组件的质量。     

硫化剂种类对EPDM绝热层性能的影响研究

发动机壳体共固化过程是实现绝热层性能的关键工艺过程。为了优化三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层配方性能,科学制定复合材料发动机壳体的共固化工艺制度,提高壳体绝热层成型质量,研究了常用硫化剂种类对EPDM绝热层硫化特性、力学性能、耐热性能和热失重率的影响。结果表明,EPDM/过氧化物体系的起始硫化反应温度较高,硫化速率快,EPDM/硫磺体系的起始硫化反应温度较低,硫化速率较慢; EPDM/过氧化物体系硫化较短时间即可获得较高的力学性能,而EPDM/硫磺体系随着硫化时间逐渐延长,其力学性能呈明显增加趋势; EPDM/过氧化物体系硫化胶片在80℃下的失重率明显高于EPDM/硫磺体系,而且过氧化物的分子结构决定了硫化产物的种类,从而导致不同种类的过氧化物硫化胶片的失重率亦存在较大差别。     

复合材料环形高压容器缠绕参数设计与分析

针对诸如环形气瓶等圆环状压力容器的缠绕，提出同时满足结构特性和缠绕工艺性的参数设计方法以符合实际工程需要。推导了圆环面纤维不架空和不滑移判据；根据内压作用下纤维螺旋加环向缠绕环壳的平衡方程，考虑截面厚度变化和缠绕初始条件，给出了均衡缠绕参数及线型的确定方法，讨论了在不同管径比和厚度比下该线型路径的稳定性；以螺旋向铺层的初始缠绕角和厚度为变量，对结构进行重量最小化设计。作为算例，对纤隹缠绕环形高压气瓶在爆破压强为40—80MPa的范围内进行优化设计。结果表明，优化设计的均衡缠绕线型模式睛确可靠，满足纤维缠绕的基本要求，能充分发挥缠绕结构的力学性能。本文的设计计算方法可直接用于复合材辞环形气瓶的初步设计。     

Fractional order tension control for stable and fast tethered satellite retrieval

The retrieval of a tethered satellite system is intrinsically unstable. This paper develops a new control strategy to retrieve the tethered satellite system stably and quickly using the fractional order control theory. The governing equation of the tethered satellite system and classic linear feedback tension control law were first reviewed and examined as a benchmark. Then, a new fractional order tension control law has been to avoid the tethered satellite winds around the main satellite near the end of retrieval by existing integer order tension control laws. The newly proposed control law has been discretized and implemented by the Laplace transform and Tustin operator. Unlike the existing integer order control laws, which are based on the feedback of current state and memoryless, the fractional order control law has the memory of previous states and thus controls the tether retrieval more smoothly while maintaining the retrieving speed. The effectiveness and advantage of the new fractional order tension control law is demonstrated numerically by comparing with its integer order counterpart. The results show that the new control law not only retrieves the subsatellite without winding around the main satellite, but also provides a better control performance with smaller in-plane libration angles.     

国产芳纶纤维增强环氧复合材料的压缩性能

采用不同弹性模量的环氧树脂基体与国产芳纶Ⅲ纤维制备了复合材料,研究了复合材料压缩性能及其影响因素,分析了环氧树脂模量、芳纶纤维束张力、压缩测试方法等因素对复合材料压缩强度测试结果的影响规律。研究表明,环氧模量、纤维束张力的提高有利于压缩强度的提高,正交铺层的压缩测试方法有利于表征复合材料压缩本征性能。同时,探讨了芳纶纤维压缩失效的机理,提出了提高芳纶纤维复合材料压缩性能可能的途径。     

纤维缠绕圆锥壳体设计分析

以纤维缠绕结构的网格理论为基础,建立了纤维缠绕圆锥壳体在内压作用下的平衡方程。求解该方程,得到了纤维应力、纤维厚度和均衡缠绕角的解析解。对螺旋加环向缠绕,从圆锥大端到小端,纤维厚度和均衡缠绕角逐渐增大,纤维应力逐渐减小。利用最大应力强度准则,得到了单一螺旋缠绕及螺旋加环向缠绕圆锥壳体爆破压强的计算公式。为了使计算的爆破压强与实际结果相符合,纤维发挥强度的选取必须由模拟实验确定。     

表面张力贮箱泡破点盲测技术研究

通过对表面张力贮箱结构、泡破点测试难点分析,提出了采用微压闭环控制技术解决测试过程管理装置内腔压力维持准平衡状态难题的技术途径,研制的贮箱泡破点盲测系统具有自动控制、自动判读及测试精度高等特点,经试验验证该技术满足贮箱泡破点盲测要求,已在型号研制中得到应用。     

复合材料壳体磁场固化技术

环氧树脂基复合材料及缠绕壳体在磁场中缠绕和固化的技术为前苏联独有,美国只作了一些验证研究。这种技术使得复合材料加工过程中树脂基体发生物理和化学变化,固化后力学性能显著改善,而且质量更加稳定。实现该技术的设备已在前苏联应用。磁场中固化还适用于树脂涂层和粘接层。     

圆环压力容器均衡缠绕线型设计及稳定性分析

基于网络理论,得到了纤维单螺旋、螺旋加环向均衡型缠绕圆环压力容器的线型方程。应用微分几何理论,给出了同时满足均衡型和稳定缠绕双重条件的线型滑移系数、相对弯曲半径以及两向纤维层厚度比之间的关系。计算结果表明,单螺旋缠绕方式和较大的相对弯曲半径均能提高均衡缠绕线型的稳定性;对于通常研制的圆环压力容器,纤维材料和芯模间的摩擦系数达到0.2~0.3以上,即可实现均衡型缠绕。所提出的环壳均衡缠绕线型和轨迹稳定判别方法,对指导此类产品的缠绕具有重要意义。     

湿法缠绕用环氧树脂固化反应研究

用简单的ｎ级动力学反应模型模拟高性能湿法成型用的环氧树脂配方的固化反应，利用ＤＳＣ技术检测了其整个固化反应的实际状态，比较了相应的理论预测与实验结果。     

Recent advance on design and manufacturing of composite anisogrid structures for space launchers

Anisogrid composite shells have been developed and applied since the eighties by the Russian technology aiming at critical weight structures for space launchers, as interstages and cone adapters. The manufacturing process commonly applied is based on the wet filament winding. The paper concerns with some developments of design and manufacturing recently performed at the Italian Aerospace Research Center on a cylindrical structural model representative of this kind of structures. The framework of preliminary design is improved by introducing the concept of suboptimal configuration in order to match the stiffness requirement of the shell and minimise the mass, in conjunction with the typical strength constraints. The undertaken manufacturing process is based on dry robotic winding for the lattice structure and for the outer skin, with the aid of usual rubber tooling and new devices for the automated deposition strategy. Resin infusion under vacuum bag and co-cure of the system of ribs and skin is finally applied out-of-autoclave, with the aid of a heated mandrel. With such approach an interstage structural model (scale factor 1:1.5) has been designed, manufactured and tested. Design requirements and loads refer to a typical space launcher whose baseline configuration is made in aluminium. The global mechanical test of the manufactured structure has confirmed the expected high structural performance. The possibility to reach substantial weight savings in comparison with the aluminium benchmark has been fully demonstrated.