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。     

美国研制石墨/环氧发动机壳体

最近,美国对一种六十年代空间飞行器的火箭发动机进行改进,作为两级空射导弹的顶级使用。这种发动机采用石墨/环氧发动机壳体。性能研究结果表明,这种壳体具有很大的优越性。如在承受导弹的较高速度,较大射程和较大飞行高度方面,比现在应用的玻璃纤维/环氧发动机壳体具有更大强度和刚度。用 T300型石墨纤维代替 S901玻璃纤维缠制的发动机壳体,重量减轻     

某缠绕壳体补强工艺研究

通过对某缠绕壳体采用玻璃纤维补强、条形碳布补强、环形碳布补强等工艺方法的研究,了解不同材料、不同形状的补强方法、补强材料的用量及其对壳体强度、重量的影响,完成水压爆破试验,得出壳体爆破压强。综合评价玻璃纤维补强、条形碳布补强、环形碳布补强等工艺方法对壳体的影响,选择一种适合某缠绕壳体补强的工艺方法。     

固体火箭发动机壳体接头形式

固体火箭发动机壳体既是推进剂贮箱又是燃烧室,同时还是火箭或导弹的弹体,是构成发动机质量的最主要部分,对发动机性能影响极大。发动机壳体材料大体经历了四代发展过程,第一代为高强度金属材料(超高强度钢、钛合金等);第二代为玻璃纤维复合材料;第三代为有机芳纶复合材料;第四代为高强中模碳纤维复合材料。目前,大多数固体发动机壳体都采用复合材料结构,如欧空局2012年发射成功的织女星以及日本在     

固体火箭发动机碳纤维复合材料壳体补强技术探讨

在提出固体火箭发动机碳纤维复合材料壳体水压破坏形式以及探讨其破坏原因的基础上,分析了壳体内部及搭接处应力集中区的形成,探讨了封头处不同材料搭接时,其刚度对应力传递的影响。最后,总结并提出了国内众多科研院所在碳纤维复合壳体前后封头补强这一领域的现状和研究进展。     

中国航天用几种固体火箭发动机简介（四）FY2—1风云二号卫星远地点发动机

一、概况ＦＹ２－１固体火箭发动机（图１）是中国风云二号卫星的远地点发动机，由中国航天工业总公司第四研究院于１９８７年开始研制，１９９７年正式用于风云二号地球同步气象卫星的发射。该发动机采用玻璃纤维／环氧树脂缠绕成形壳体、端羟基聚丁二烯类推进剂、碳／碳...     

中国航天用几种固体火箭发动机简介(二)DFH2-1东方红二号卫星远地点发动机

一、概况ＤＦＨ２－１固体火箭发动机是中国东方红二号卫星的远地点发动机（图１），由中国航天工业总公司第四研究院于１９７５年开始研制，１９８４年正式用于东方红二号实验同步通信卫星的发射。该发动机采用玻璃纤维／环氧树脂缠绕成形壳体、端羟基聚丁二烯类推进剂、...     

航天飞机纤维缠绕壳体的抗压强度研究:第一部分—试验

航天飞机起飞的瞬间,其主发动机的点火给予固体火箭助推发动机的纤维缠绕壳体一个很大的弯矩,使复合材料壳体的尾部受到了很大的压缩载荷。由于连接的需要,复合壳体尾部具有很复杂的设计,涉及到嵌入的布带和螺旋层减薄问题。为了研究发射瞬间加载状态下的纤维缠绕壳体性能,开始了试验和分析的综合研究。本文将叙述试验计划的研究结果,包括几台全尺寸和300多台缩比壳体的试验。该计划从短期研制工作开始,其目的是要确定适合的缩比试验样品,以便测定材料的抗压强度。一旦缩比样品确定之后,就开始实施更全面的试验计划来确定缠绕壳体的工艺和设计参数变化对强度的影响。为了验证分析预测的有效性,在模拟发射瞬间的弯曲状态中进行了全尺寸壳体试验。在所有的试验中特别注意观察壳体破坏的顺序,即载荷从螺旋层薄弱部位传递到坚固布带终止部位的复杂过程。     

GJB1878《大型固体火箭发动机玻璃纤维缠绕壳体通用规范》简介

概述了GJB1878—94《大型固体火箭发动机玻璃纤维缠绕壳体通用规范》编制的背景及其实施后产生的效果,对标准中的有关问题作了说明,并通过分析与比较,阐明了标准具有先进性和可操作的特点。     

日本MU顶级发动机研制现状

日本为了配合M—3SⅡ运载火箭的发射,正在研制两种类型的顶级发动机:KM—D和KM—M,设计上采用了几项新的技术:含HMX的HTPB推进剂;加压固化的头部满装填药柱;尾部喉塞式烟火点火器;钛合金15V—3Cr—3Al—3Sn壳体(KM—D)和碳纤维/环氧树脂缠绕壳体(KM—M),以及使用螺旋弹簧装置展开的可延伸出口锥(KM—D),文中对两种发动机的设计特点及研制现状作了介绍。     

纺丝工艺对炭纤维缠绕复合材料强度转化率的影响

通过不同纺丝工艺的聚丙烯腈基炭纤维表面状态、NOL环及Φ150 mm容器的实验研究,分析了不同纺丝工艺对湿法缠绕复合材料聚丙烯腈基炭纤维强度转化率的影响。结果表明,干喷湿纺炭纤维比湿法纺丝Φ150 mm容器环向纤维强度转化率要高出11.9%~15.4%,湿法纺丝的炭纤维复合材料NOL环层间剪切强度要比干喷湿纺炭纤维复合材料高7.4~34.1 MPa。因此,干喷湿纺的炭纤维可应用于固体火箭发动机缠绕壳体、压力容器等主要承受拉伸应力的领域,可充分发挥其纤维强度;而湿法纺丝工艺制成的炭纤维与树脂基体结合紧密,利于载荷的传递,可应用于承受压缩剪切等复杂载荷的领域,从而发挥这两种纤维各自不同优势。     

大尺寸CFRP固体火箭发动机壳体湿法缠绕用树脂配方研制

针对大尺寸炭纤维增强复合材料（CFRP）固体火箭发动机壳体的制备要求,研制了一种具 有良好粘度－温度及粘度－时间特性的炭纤维复合材料湿法缠绕成型树脂配方A。采用差示 扫描量热法（DSC）、傅立叶红外光谱（FT-IR）等分析技术对树脂基体的固化反应进行了系 统地研究,并测试了配方的粘度、力学性能及容器爆破强度。结果表明,该树脂配方A的反应 表观活化能为41.71 kJ／moL,室温下粘度低（≤0.5390 Pa·s）,适用期较长 （＞48 h ） ,不仅完全满足大尺寸CFRP固体火箭发动机壳体的湿法缠绕成型工艺要求,而且其树脂基体 及其炭纤维复合材料表现出优良的力学性能。炭纤维复合材料界面粘接良好,缠绕的
Φ150 mm容器的PV／W均大于48 km,纤维强度转化率达到89.0％以上。
     

不同截面炭纤维表面特性及其对复合材料界面粘接性能的影响

使用SEM、AFM、比表面积与孔体积测试分析仪(BET)和XPS对国产腰形截面炭纤维、圆形截面高强炭纤维和国外圆形截面T300炭纤维表面特性进行物理与化学表征与分析,并对炭纤维/环氧复合材料界面粘接性能进行了研究。表面形貌分析表明,腰形截面炭纤维比表面积大于圆形截面炭纤维,但其表面沟槽较圆形截面炭纤维浅。XPS分析表明,腰形截面炭纤维的表面活性略高于国产圆形截面炭纤维,但明显低于T300;界面剪切强度与层间剪切强度测试结果表明,腰形截面炭纤维/环氧复合材料的界面剪切强度和层间剪切强度均接近于T300/环氧复合材料,高于国产圆形截面炭纤维/环氧复合材料。     

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。     

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。     

某战术导弹发动机扩散段绝热层缠绕成型工艺改进

为消除某战术导弹发动机扩散段绝热层内表面出现沟槽等缺陷,对缠绕热压罐成型工艺进行了研究。通过分析和试验确定了高硅氧/酚醛预浸布带性能、缠绕张力、缠绕温度和加压时间等工艺参数,以及热压罐固化曲线,并从理论上讨论了成型的缠绕张力、缠绕温度和加压时间等的影响。性能测试结果表明,工艺改进后扩散段绝热层沟槽基本消除,制品性能提高。     

FRP固体火箭发动机壳体的非线性FW线型分析

对纤维增强复合材料（FRP）固体火箭发动机壳体的纤维缠绕（FW）线型进行了简要地分析。鉴于封头曲面上FW线型稳定性对于线型参数变化十分敏感，分析封头FW线型时，本文仍从测地线方面来考虑。依此，两赤道圆处FW角必须以左右封头几何尺寸及测地线FW条件来确定。在对筒身段非测地线FW可行性讨论中，提出了筒身段实现非测地线FW的条件，同时推导出了筒身段非测定地线FW运动控制的一般数学模型。     

固体火箭发动机纤维缠绕壳体承载能力研究

为解决某型固体火箭发动机复合材料壳体承载轴压与弯矩能力不足问题,依据原壳体实体及其在轴压与弯矩联合载荷作用下的静力试验,建立了该壳体的有限元数学模型,并进行了静力计算和稳定性分析。计算分析表明,原壳体破坏的原因是层间剪切强度失效,复合材料基体开裂,局部屈曲和后屈曲破坏发生在铝裙尖端部位。提出用S-2玻璃纤维代替F12纤维做为裙外铺层改进原壳体结构,有效地约束了屈曲波形,提高了结构承载能力,解决了工程难题。     

热塑性树脂基复合材料及其纤维缠绕工艺

文章叙述了高性能热塑性树脂及其复合材料的物理力学性能,并简述了纤维缠绕工艺方法。