[发明专利]一种耐腐蚀抗压三层结构贮箱

说明书

 

技术领域

本发明公开了一种燃料贮存箱，特别涉及的是一种具有三层结构的燃料贮存箱，属于飞行器设备技术领域。

 

背景技术

贮箱是用于贮存以液态的方式存在的推进剂，为发动机系统提供能量供给的设备。贮箱作为火箭动力系统的重要组成部分，其结构设计要充分兼顾其使用特性。一方面，燃料贮箱中存储的液体燃料通常具有一定的腐蚀性，从而造成贮箱普遍使用寿命较短。另一方面，贮箱壁需要承受来自内部和外部系统的载荷作用，从而在贮箱结构内部产生较大的应力。综合以上因素，贮箱的设计要充分考虑到结构使用材料的抗腐蚀性以及结构强度要求。现阶段，国内外关于贮箱的设计主要偏重于采用在贮箱内壁涂镀耐腐蚀性高的防护层。但是这层防护层不具有结构的独立性，在内外载荷的作用下极有可能导致局部脱落，防护失效，使得贮箱被带有腐蚀性的燃料侵蚀，最终贮箱的结构破坏。

 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有抗压、耐腐蚀性能的航天器燃料贮存箱。该贮箱既具有很好的耐腐蚀性，又可满足较高的结构强度要求，同时应兼顾考虑减轻结构质量。采用的技术方案是：

一种耐腐蚀抗压三层结构贮箱，包括有内层、中间层和外层，所述的内层的材质耐贮箱内部燃料腐蚀，所述的外层是壳体，所述的中间层是气体、固态胶体或者液体，中间层密封于内层和外层之间。

采用这样的结构时，克服了现有技术中贮箱内壁涂镀防护层局部脱落、防护失效、不具有独立结构的问题。通常，航天器贮箱储存燃料包括：煤油，偏二甲肼，液氢，丙烷，乙醇，端羟基液态聚丁二烯橡胶(HTPB)。当采用煤油作为燃料时，可以使用铝，不锈钢，镍合金、Teflon(聚四氟乙烯，商品名特氟龙)作为内层防腐蚀层；当采用偏二甲肼作为燃料时，可以使用铝，不锈钢，Kel-F(聚三氟氯乙烯橡胶)作为内层防腐蚀层。当采用液氢、丙烷、乙醇、端羟基液态聚丁二烯橡胶(HTPB)作为燃料，可以使用不锈钢、钛合金或铝合金作为内层防腐蚀层。内层材料要尽可能使内层结构具有一定的柔性、无泄漏以及光滑，例如铝和铝合金等。

中间层的作用是将内层贮箱的内部载荷传递至外层结构，中间层的填充物一般最好采用的是非金属材料，其具有将贮箱内部产生的作用力均匀的过渡到外层结构的特性，中间层的结构独立，不会产生过高的应力集中，避免内层结构破坏。另外，中间层的填充物可以根据实际情况进行优选，使其还具有充当冷却剂、推进剂的作用。

针对中间层结构的特点，设计出以下三种方案可根据具体情况进行选择。

第一，在内层结构和外层结构之间填充气体，作为独立的中间层结构。所选取的填充气体应具有密度小、无腐蚀性，高温下性质稳定、不易于其他物质发生化学反应、具有良好的传载能力的特点，例如可选取氮气、氦气或氩气，这三种气体均具有密度小，化学性质稳定等特点，填充一定体积后，仅会给整个贮箱结构带来很小的质量变化，具有良好的减重优势。

第二，在内外层结构之间填充液体，作为独立的中间层结构。所选取的填充液体应具有密度小，腐蚀性低，流动性好，热膨胀系数小，具有良好的传力能力的特点，同时该液体可兼做冷却剂或推进剂，例如可选取液态氧、酒精或者过氧化氢，这两种物质的腐蚀性低，流动性好等特点，同时这两种物质可兼做冷却剂和推进剂，在火箭发动机工作时，可以使用中间层的酒精、过氧化氢用于发动机的工作，因而其也可以起到减重的作用。只要在中间层的液体填充量大于其使用量，使发动机停机时，中间层中仍然保留一部分液体填充物，就可以保证中间层仍然具有传递应力的作用。

第三，在内外层结构之间注胶，形成的固态胶体作为独立的中间层结构。所选取的胶应具有粘接力强、收缩性小、耐介质性好、工艺性好、密度小，良好的传载能力等特点，对金属、玻璃、塑料、陶瓷等材料都有较好的黏附力。则形成的胶接层可以有效提高结构的强度。提高贮箱结构的合理性。可以根据内层、外层的材质，选取不同的注胶，例如酚醛-丁腈类结构胶，环氧酚醛类结构胶，通过加热即可实现注胶的固化。特别地，在环氧树脂胶中加入固化剂促进胶体的固体，例如：芳香族多胺、酸醉、双氰胺等固化剂。

上述的外层的材质也可以采用是铝合金、钛合金、不锈钢等。外层结构具有高强度特性，作为贮箱的壳体。所选取的材料具备高比强度，高比模量，低密度的特点；所以，外层材料一般选用比强度以及比模量高的金属材料。

 

技术效果