[发明专利]高温高压绝热复合气瓶及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于飞行器固体姿控动力系统设备技术领域，具体指一种高温高压绝热复合气瓶及其制造方法。

背景技术

固体姿控动力系统用于飞行器的轨道转移、末速修正、姿态控制，主要有冷气系统、单/双组元液体系统以及固体姿控动力系统等。其中固体姿控系统是采用固体燃料为能源，当需要使用时，将高能固体燃料通过电点火器引燃，产生高温高压气体，作为能源进行姿态控制。一旦姿态需要修正，高温燃气可经电磁阀控制其通、断，从喷管排放，产生所需的推力。

复合气瓶是固体姿控动力系统中在预定时间内存储高温、高压燃气的内压装置，由位于两端起连接作用的接管嘴与位于中间的瓶体构成。针对需要高总冲、大推力的飞行器，复合气瓶在承高压的同时还需解决长时间隔热难题，因此气瓶不仅是固体姿控动力系统的关键部件，同时也是技术难点之一。

复合气瓶作为内压容器，其接管嘴结构、增强层缠绕厚度参照QJ 2284-92《固体火箭发动机燃烧室壳体强度计算方法》进行计算，耐烧蚀层和增强层厚度则根据加载温度采用有限元分析计算得出。

发明内容

本发明目的在于提供一种高温高压复合气瓶及其制备方法，该复合气瓶能耐长时间高温、耐高压而且质轻，其制备方法工艺条件简单，操作简便。

为实现上述目的，本发明的高温高压复合气瓶，包括位于两端的接管嘴和位于中部的瓶体，其特殊之处在于：所述瓶体从内到外依次由瓶体耐烧蚀层、瓶体隔热层和瓶体增强层构成；所述接嘴管从内到外依次由接嘴管耐烧蚀层、接嘴管隔热层和接嘴管金属件构成。

本发明的高温高压绝热复合气瓶的制造方法，其特殊之处在于：它依次包括以下步骤：

1）根据复合气瓶工作温度、工作压强、重量和容积的要求，计算出瓶体的瓶体耐烧蚀层、瓶体隔热层、瓶体增强层的结构和厚度参数，以及计算出与所述瓶体相适配的接管嘴的接嘴管耐烧蚀层、接嘴管隔热层、接嘴管金属件的结构和尺寸参数；

2）按照计算确定的要求制作接管嘴的各组成部件：包括构成接嘴管耐烧蚀层的预成型体、构成接管嘴隔热层的裁剪胶片、以及加工好的接管嘴金属件，并按照从内向外依次布置的顺序将其整体加压硫化成型；

3）按照计算确定的要求制作与瓶体内衬相适应的木芯模；

4）用无机耐高温胶粘剂浸润碳布制成碳布预浸料，将所述碳布预浸料包覆在木芯模上至设计的厚度，再在碳布预浸料外面包裹脱模布后缠绕纤维加压，然后放入烘箱中固化成型，出炉后，去除纤维和脱模布，机加工脱掉木芯模，形成瓶体耐烧蚀层；

5）在瓶体耐烧蚀层两端各粘接一个接管嘴，固化成型；

6）在瓶体耐烧蚀层外部粘贴隔热胶片至设计的厚度，并在隔热胶片外缠绕纤维加压，然后放入烘箱中预硫化处理，出炉后清除外表面纤维，形成瓶体隔热层；

7）在瓶体隔热层外缠绕碳纤维增强树脂基复合材料至设计的厚度，然后置于烘箱中进行共固化处理，形成瓶体增强层，从而完成复合气瓶的制造。

优选地，所述步骤4）中，固化成型的条件依次为15~25℃保温1.5~2.5h，升温至35~45℃保温1.5~2.5h，升温至55~65℃保温1.5~2.5h，升温至75~85℃保温1.5~2.5h，升温至90~95℃保温1.5~2.5h，升温至110~130℃保温1.5~2.5h，升温至140~160℃保温1.5~2.5h，最后升温至170~190℃保温5~7h。

进一步地，所述步骤6）中，隔热胶片采用三元乙丙。

再进一步地，所述步骤6）中，预硫化处理的条件为100℃保温1h。

还进一步地，所述步骤4）和步骤6）中，缠绕纤维加压的压力为15~18N/股。

更进一步地，所述步骤7）中，共固化处理的条件为：95℃保持3h，接着升温至125℃保持2h，然后升温至150℃保持6h。

又进一步地，所述步骤3）中，接管嘴耐烧蚀层（6）采用碳纤维增强酚醛丁腈树脂

本发明通过将气瓶设置为多层复合结构，实现耐高温、耐高压、抗烧蚀、隔热、密封以及强度等要求，通过优化多层复合结构设计和成型工艺过程，满足气瓶高温、高压、长时间的工作需要。本发明工艺简单、成本低廉、质量轻并且可以直接成型

附图说明

图1是一种高温高压绝热复合气瓶的剖视结构示意图。

图2是图1中接嘴管的放大结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1