航天复合材料压力容器研制技术.pdf

上海航天
AEROSPACE SHANGHAI
第29卷2012年第5期
文章编号:1006-1630(2012)05-0054-07
航天复合材料压力容器研制技术
于斌,刘志栋,新庆臣,程彬,陈威,石晓强,吴学彬
兰州空间技术物理研究所,甘肃兰州730000
摘要:分析了航天复合材料压力容器技术指标特点。提出了容器金属内村、增强纤维和树脂基体的选材要
求。讨论了金属内村全金属承压区、薄膜区、封头过渡区、封头/筒体界面、焊接区的结构设计方法,以及圆柱形、球
形、近球形、楠球形、环形、维形容器纤维缠绕复合材料壳体结构特点。简述了结构设计算法,以及包括疲劳寿命、
应力断裂寿命、爆破前先泄漏(LBB)安全失效模式等容器安全设计的分析和试验方法。
关键词:航天系统;复合材料压力容器;研制技术;结构设计;安全设计
中图分类号:TB33文献标志码:A
Development Technique of Composite Overwrapped Pressure
Vessel for Aerospace System
YU Bin, LIU Zhi-dong, JIN Qing-chen, CHENG Bin, CHEN Wei
SHI Xiao-qiang, WU Xue-bin
(Lanzhou Institute of Physics, Lanzhou 73000, Gansu, China)
Abstract: The specification features of aerospace composite overwrapped pressure vessel were analyzed in this
paper. The material selection requirement of metal liner, reinforced fiber and resin system for vessel was proposed
The structure design methods for metal pressure bearing region, membrane region, head transition region, interface
between head and cylinder, weld region were described. The fiber overwrapped structure characteristics of cylinder
sphere, near-sphere, ellipse, toroidal and conical shape were discussed. The structure design method was
introduced. The analysis and test of fatigue life, stress rupture life and leak before burst (LBB) mode were
presented
Keywords: Aerospace system Composite overwrapped pressure vessel; Development technique; Structure
design; Safety design
0引言
失效模式、可设计性强、生产费用低、研制周期短等
航天器及其分系统需要各种压力容器以贮存液诸多优点,在航天领域的应用越来越广。
体和气体,如卫星、飞船推进系统用气瓶和表面张力
作为航天系统中的关键部件,COPV的研制技
推进剂贮箱,空间站推进系统、流体管理系统、环境术直接决定其性能。COPV性能对航天系统的影响
控制与生命保障系统、科学实验和商业实验系统用较大,如COPV结构效率,COPV作为属于重量比
各关压力容器,运载系统用各种气瓶、低温推进剂贮例较大的结构部件,其结构效率直接影响航天器有
箱等。与全金属压力容器相比,复合材料压力容器效载荷;COPV可靠性,直接关系整个航天器的成功
(COPV)具有质量轻、刚度好、容器特性系数高、可发射与在轨安全运行;安全性,若发生COPV爆破
靠性高、抗疲劳性能好、负载工作寿命长、LBB安全的灾难性失效,产生的高压气体释放、金属或纤维束
高速碎片,则将对发射塔或航天器产生严重的破坏,
收稿日期:2012-04-10;修回日期:2012-05-07
故必须施行COPV的IBB安全失效模式设计;
作者简介:于斌(198-),男,硕土,主要从事航天压力容器设COPV应力断裂寿命,直接影响航天器在轨工作寿
计研究工作。
命,合理的结构设计保证COPV在服役期间满足相
万方数据