一种可重复使用复合材料气瓶及其设计方法技术
【技术实现步骤摘要】
一种可重复使用复合材料气瓶及其设计方法
本申请涉及航天航空
，具体而言，涉及一种可重复使用复合材料气瓶及其设计方法。
技术介绍
复合材料气瓶是火箭增压输送系统重要单机，用以贮存高压氮气或氦气，为推进剂贮箱增压。目前运载火箭用高压复合材料气瓶的重复使用次数一般不超过100次。随着我国宇航技术的发展，对运载器提出了重复使用的要求，这对复合材料气瓶的重复使用性能提出了较大挑战，需要设计出重复使用次数更多、重复使用性能更高的高疲劳寿命复合材料气瓶。针对上述提出的设计出高疲劳寿命复合材料气瓶的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种运载火箭用可重复使用复合材料气瓶及其设计方法，以至少解决设计出高疲劳寿命复合材料气瓶的技术问题。本专利技术的一个目的是提供一种气瓶，包括金属内胆和复合材料层，所述气瓶还包括下述1)-5)中至少一种所述：1)所述气瓶由内到外依次包括金属内胆、连接层和复合材料层；所述连接层包括具粘性和/或柔性的材料；2)所述复合材料层采用网格理论进行铺层设计；3)所述金属内胆的设计采用Manson-coffin公式；4)所述复合...
【技术保护点】
一种气瓶，其特征在于，包括金属内胆和复合材料层，所述气瓶还包括下述1)‑5)中至少一种所述：1)所述气瓶由内到外依次包括金属内胆、连接层和复合材料层；所述连接层包括具粘性和/或柔性的材料；2)所述复合材料层采用网格理论进行铺层设计；3)所述金属内胆的设计采用Manson‑coffin公式；4)所述复合材料表面设置有传感器；5)所述金属内胆表面设置有传感器。
【技术特征摘要】
1.一种气瓶，其特征在于，包括金属内胆和复合材料层，所述气瓶还包括下述1)-5)中至少一种所述：1)所述气瓶由内到外依次包括金属内胆、连接层和复合材料层；所述连接层包括具粘性和/或柔性的材料；2)所述复合材料层采用网格理论进行铺层设计；3)所述金属内胆的设计采用Manson-coffin公式；4)所述复合材料表面设置有传感器；5)所述金属内胆表面设置有传感器。2.根据权利要求1所述的一种气瓶，其特征在于，所述气瓶还包括下述1)-7)中至少一种所述：1)当所述复合材料层采用网格理论进行铺层设计时，设置爆破压力为气瓶工作压力的2倍；2)当所述金属内胆的设计采用Manson-coffin公式时，设置气瓶反复充压失效次数为其疲劳寿命的4倍；3)当所述气瓶包括连接层时，所述连接层包括玻璃布和/或环氧底漆；4)所述复合材料层包括高强碳纤维增强环氧树脂；5)所述金属内胆包括6061铝合金内衬和/或TC4钛合金内衬；6)所述金属内胆的壁厚包括0.5-1.7mm；7)当所述气瓶包括传感器时，所述传感器包括光纤光栅应变和/或温度传感器。3.根据权利要求1和/或2所述的一种气瓶，其特征在于，所述气瓶还包括通过下述方法制备得到的气瓶，所述方法包括通过有限元软件建立所述气瓶的仿真模型后进行仿真分析，然后通过得到的仿真分析结果，调整所述气瓶的结构，使所述气瓶重复使用次数达到300次以上，并且具备4倍安全裕度；所述仿真分析包括下述1)-7)中至少一种：1)所述金属内胆采用SOLID95单元进行网格剖分，所述复合层材料层应用SHELL99单元进行剖分，SHELL99单元与SOLID95单元的单元面重合，并且共用节点，对三个对称面施加对称约束；2)对所述复合材料层的应力、应变、气瓶轴向、和/或径向位移进行仿真分析；3)对所述金属内胆的应力、应变、气瓶轴向、和/或径向位移进行仿真分析；4)对所述气瓶进行自紧压力设计；5)对所述气瓶进行强度分析；6)对所述气瓶校核疲劳寿命；7)对所述气瓶进行静力分析。4.根据权利要求3所述的一种气瓶，其特征在于：所述自紧压力设计包括：使用有限元软件在工作压力到两倍的工作压力的范围内搜索最佳自紧压力，一次搜索过程为：0→自紧压力(变量)→0→工作压力；以变量SLSE≤0.5且ΔP≤1MPa为搜索停止的条件，若搜索过程始终达不到上述条件，则搜索过程停止，自紧压力的取值比两倍工作压力小，且其差值小于1MPa；其中，AVEi为第i次搜索工作压力下筒身段Mises应力平均值；所述强度分析包括：通过有限元软件建立仿真模型后，以一定步长，局部加载，直至破坏；在每步完成后对结果进行叠加，再对单元进行检查，并相应对材料参数进行刚度折减；对于每个...
【专利技术属性】
技术研发人员：王恺，满满，周浩洋，王细波，许光，王洪锐，张翼，廖传军，郑茂琦，张婷，
申请(专利权)人：北京宇航系统工程研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11
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