[发明专利]一种在液氧环境使用的高压低温复合材料气瓶及制造方法

说明书

本发明提供了一种在液氧环境使用的高压低温复合材料气瓶及制造方法，包括：铝合金内衬、液氧相容树脂体系与碳纤维复合层以及铝合金尾座；所述液氧相容树脂体系与碳纤维复合层覆盖于所述铝合金内衬外表面，所述铝合金尾座与铝合金内衬连接，并位于所述铝合金内衬的尾部，形成用于液氧环境下使用的高压低温符合材料气瓶。本发明采用了液氧相容树脂体系，该树脂体系液氧相容，可用于液氧环境中使用。纤维采用的是碳纤维，相比于普遍使用的金属材质的气瓶，具有强度高、重量轻等优势。从而，针对高压低温气瓶达到减重的效果。

技术领域

本发明涉及宇航飞行器设备的制造，具体地，涉及一种在液氧环境使用的高压低温复合材料气瓶及其制造方法，更为具体地，涉及一种以液氧/煤油为推进剂组元的运载火箭冷氦增压是输送系统使用的在液氧环境使用的高压低温复合材料气瓶及其制造方法。

背景技术

冷氦增压是目前运载火箭推进剂增压的先进技术方案之一，是指将经地面遇冷后的冷氦气充入安装于贮箱低温推进剂中的气瓶内，利用高压低温下氦气密度大的特点，一个冷氦气瓶贮气量约为同压力、同容积下常温气瓶贮气量的5.6倍，能够减轻增压系统的重量，提高火箭运载能力。另外，这种增压方式下，由于气瓶置于推进剂贮箱内，节省了整个增压系统的安装空间，也有利于整个火箭结构质量的减轻。

在以液氧/煤油为推进剂的新一代运载火箭中，为了满足低温氦气的高压贮存需将冷氦复合材料气瓶放在液氧贮箱中，提高氦气的贮存密度，故需研制与液氧相容冷氦复合材料气瓶。

由于复合材料在低温领域应用较少，尤其是在液氧温度的深冷条件下的应用研究更是少之又少。对于以上的问题，需要在这些方向进行深入地研究。从液氧相容性探索出发，结合液氧相容性试验、低温力学性能测试等测试手段选择基体树脂体系，为开发出性能稳定可靠的低温复合材料提供依据；进而制备出满足使用性能要求的碳纤维低温复合材料压力容器。其对保持目前航天大国地位，并进一步缩小与世界先进航天技术差距有着重要的意义，同时也能够满足国防其它领域及民用领域对液氧及低温容器的需求。

专利文献CN109366106A(申请号：201811436408.8)一种适用于液氧环境的大容积钛合金气瓶、制造方法及其应用，所述的大容积钛合金气瓶包括气瓶瓶体、管接头、密封结构；气瓶瓶体和管接头连接的部位加工有螺纹，通过螺纹连接并压紧密封结构；所述的气瓶材料选用与液氧环境相容的金属材料，管接头使用奥氏体不锈钢或高温合金；所述的相容为气瓶材料与内外部介质接触不会发生物理化学反应。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种在液氧环境使用的高压低温复合材料气瓶及制造方法。

根据本发明提供的一种在液氧环境使用的高压低温复合材料气瓶，包括：铝合金内衬1、液氧相容树脂体系与碳纤维复合层2以及铝合金尾座3；

所述液氧相容树脂体系与碳纤维复合层2覆盖于所述铝合金内衬1外表面，所述铝合金尾座3与铝合金内衬1连接，并位于所述铝合金内衬的尾部，形成用于液氧环境下使用的高压低温符合材料气瓶。

优选地，所述液氧相容树脂体系与碳纤维复合层2以环向和螺旋向交替缠绕的方式覆盖于所述铝合金内衬1的外表面。

优选地，所述液氧相容树脂体系与碳纤维复合层2包括液氧相容树脂、固化剂和碳纤维；

所述液氧相容树脂包括：双酚A环氧树脂、四溴双酚F树脂、催化剂、抗氧剂和助剂；

所述固化剂包括环氧树脂固化剂；

所述液氧相容树脂体系是液氧相容树脂与固化剂按照预设比例配比后，溶解搅拌均匀形成。

根据本发明提供的一种在液氧环境使用的高压低温复合材料气瓶的制造方法，包括：

步骤M1：根据复合材料气瓶的盛装容积、使用条件以及使用次数对内衬外形尺寸进行设计，通过包括拉深、旋压、收口及机加工工艺制成铝合金内衬；