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我国首个3.35米直径复合材料贮箱原理样机诞生!
来源:中国航天报  2021-01-25 11:50:37
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原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-246-10437.html       1月22日,我国首个3.35米直径复合材料贮箱原理样机在航天科技集团一院(火箭院)诞生。该贮箱主要应用在液氧环境下,相比金属贮箱可减重30%,强度更高,能够大幅提高火箭的结构效率和运载能力,是一种新型轻质贮箱。

       复合材料贮箱原理样机的诞生,标志着我国打破国外垄断,成为全球少数几个具备复合材料贮箱设计制造能力的国家。

3.35米直径复合材料贮箱原理样机

       突破十大关键技术

       该项目是由火箭院总体设计部抓总,航天材料及工艺研究所与国内多个高校共同参与的典型“产、学、研”联合攻关项目,研究团队历时两年多,攻克了十大关键技术。

       复合材料液氧贮箱结构设计技术
       低温复合材料细观损伤力学分析技术
       多尺度复合材料渗漏抑制技术
       低温液氧相容树脂体系制备技术
       分瓣式可拆卸复合材料工装设计制造技术
       复合材料工装精确装配技术
       高精度自动铺放技术
       超薄预浸料制备技术
       复合材料法兰密封技术
       复合材料可靠粘接密封技术

用于拆装复合材料组合式工装的型架

       
研制人员初体验

       总体设计部贮箱组组长刘德博 
“研制中要攻克从材料体系到设计制造一系列难题,许多技术都属于国内首次尝试。”

       总体设计部贮箱设计师张健  
“制造工艺对复合材料性能影响较大,将该材料用于密封要求极高的推进剂贮箱,特别是超低温介质贮箱是一项艰巨挑战。”

       航天材料及工艺研究所工艺师张建宝
“箱体制造流程、工装的制备、箱体成形、工装拆除、密封检测等均充满巨大挑战,经过十几轮工艺及方案迭代才实现了样机的成功制备。”


       相比于金属贮箱减重30%

       贮箱作为火箭结构重量占比最大的部段,其减重对火箭运载能力的提升具有重大意义。

       材料小知识

       复合材料的密度为1.7g/cm³左右,铝合金密度为2.8g/cm³,铝锂合金密度为2.7g/cm³,复合材料的比强度是铝合金的8倍,是铝锂合金的6倍。

       在航天领域,我国现役火箭的部分部段就大量采用复合材料,减轻了结构重量。

       复合材料与当前火箭贮箱结构采用的金属材料相比,具有密度更小、比强度更高、抗疲劳强度更好等优势。相比于金属贮箱,复合材料贮箱可以减重30%左右,可大幅降低结构重量,提升火箭运载能力。因此,发展复合材料贮箱是实现火箭减重目的的关键技术之一,也是国际航天大国争相探索的新领域。

       3.35米直径复合材料贮箱原理样机的成功研制,标志着我国掌握了从复合材料贮箱结构设计、材料制备到成形制造的全链路技术流程,成为全球少数几个具备复合材料贮箱设计制造能力的国家。

       综合成本降低25%

       火箭运载能力越大,进入空间能力相对也会大幅提高,为中国航天开拓更大的舞台。贮箱结构重量占箭体结构总重的50%以上,因此,贮箱轻量化是提高火箭运载效率的重要途径之一。

       与应用于液氢液氧环境下的金属贮箱相比,复合材料贮箱主要应用在特定的液氧环境下,可以用在火箭末级。据资料显示,火箭末级贮箱每减重1公斤,意味着运载能力提升1公斤。而且复合材料贮箱具有生产工序少、周期短等优势。从国外的研究成果来看,相比于金属贮箱,采用复合材料贮箱可降低火箭综合成本25%。

       未来,复合材料贮箱在火箭末级推广应用,将能大幅提升火箭的运载能力,对探索降低火箭成本具有深远影响。


       复合材料贮箱自动铺放工艺

       原理样机的成功研制只是我国复合材料贮箱技术发展迈出的一小步,只是其中的一个里程碑。

       总体设计部结构室副主任吴会强介绍,后续研制团队还将对3.35米复合材料贮箱原理样机开展一系列的考核试验和评价,进一步开展关键技术攻关,提升复合材料贮箱的技术成熟度,推进复合材料贮箱在火箭上的应用,真正发挥复合材料贮箱在轻质高强方面的重大优势,实现未来火箭结构大幅减重和运载能力的提升,增强我国深空探测的能力和水平。 文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-246-10437.html