一种耐高温聚酰亚胺复合材料气瓶热振联合试验方法技术

本发明专利技术公开了一种耐高温聚酰亚胺复合材料气瓶热振联合试验方法，根据气瓶使用环境温度，与气瓶工作压力曲线按时间轴拟合，得到环境温度与气瓶压力对应的数据曲线，选取曲线上至少三个坐标点(X，Y)，然后将热振试验条件转化为试验件气体高温状态设计点，通过空瓶外加热试验测试，测试第一步中三个坐标点对应的空瓶内部气体温度的到坐标点(X1，Y)；将(X1，Y)，代入非理想气体状态方程，得出常温下压力值Y1。在室温下充入气体达到(X0，Y1)，控制环境温度达到X，气瓶内部温度达到X1，开始振动试验。本发明专利技术提供了一种更容易操作，可靠性更高的试验设计方案，可广泛应用于导弹武器、记载等耐高温压力容器的热振联合试验方案的制定。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温聚酰亚胺复合材料气瓶热振联合试验方法
本专利技术涉及一种耐高温聚酰亚胺复合材料气瓶热振联合试验方法。
技术介绍
随着导弹和飞行器飞行马赫数都不断提高，其飞行气动加热效果的提高对导弹和飞行器气动外形设计、结构热防护设计及搭在设备耐高温设计均提出了更高的要求。气瓶作为导弹飞飞星期动力系统的重要组成部分，为让有供给提供气源。气瓶在导弹或飞行器飞行工作过程中受到热力学和振动环境的综合影响，由于气瓶内部天长了高压气体，高温条件会是气体受热膨胀，气瓶本身还会受到由高压气体热应力带来的结构承载强度考核，估气瓶必须经过底面可靠性试验验证。气瓶热振联合试验就是考核结构件在力、热及振动环境下可靠性的一种有效方法。目前，国内外武器系统中的气瓶最高使用温度一般不超过200℃，收到武器系统用高温气瓶应用市场需求较小的影响，所选用的气瓶材料多以金属或环氧树脂体系复合材料气瓶为主，导致目前缺少耐高温聚酰亚胺复合材料气瓶200℃以上的力、热、振动相关实验方法。基于上述情况，本专利技术提出了一种耐高温聚酰亚胺复合材料气瓶热振联合试验方法。以实现耐高温聚酰亚胺复合材料气瓶最高400℃的热振联合试验方案的应用。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是提供了一种耐高温聚酰亚胺复合材料气瓶热振联合试验方法，能够解决在最好使用温度400℃田建霞，聚酰亚胺复合材料气瓶在工作压力瞬态点与热振试验时间不匹配的问题。本专利技术的技术方案是一种耐高温聚酰亚胺复合材料气瓶热振联合试验方法，包括以下步骤：第一步：确定热振试验条件，根据气瓶使用环境温度变化实际情况，绘制时间与对应环境温度数据的曲线，然后与气瓶工作压力曲线按时间轴进行拟合，得到环境温度与气瓶压力对应的数据曲线，选取曲线上至少三个坐标点(X，Y)，横轴X为温度，纵轴Y为压力；第二步：将热振试验条件转化为试验件气体高温状态设计点，根据第一步得出的三个坐标点，通过空瓶外加热试验测试，测试第一步中三个坐标点对应的空瓶内部气体温度，并记录，用所测得的温度值代替第一步中三个坐标点的横坐标，(X1，Y)；第三步：将第二步中的三个坐标点(X1，Y)，代入公式转换为气体常温状态设计点，并记录对应的压力值形成坐标点(X0，Y1)，X0为室温温度值，转换公式为非理想气体状态方程，P气体压力；a：修正系数，可取0.1368；V:气体容积；b：分子体积修正系数，可以忽略；n：气体物质的量；R:理想气体常数；T：温度(采用绝对温度值)。第四步，制备热振试验条件，在室温下充入气体达到(X0，Y1)，将待试验气瓶固定在振动试验台面上，在待试验气瓶外圈采用于热辐射加热，直到环境温度达到X，气瓶内部温度达到X1，开始振动试验。本专利技术的有益效果是，提供了一种更容易操作，可靠性更高的试验设计方案，可广泛应用于导弹武器、记载等耐高温压力容器的热振联合试验方案的制定。附图说明图1为坐标点选取示意图。图2为本专利技术试验状态结构示意图。图中标记为：1-聚酰亚胺复合材料气瓶，2-温度传感器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。第一步，确定热振试验条件。根据气瓶使用环境温度变化实际情况，绘制时间与对应环境温度数据的曲线，然后与气瓶工作压力曲线按时间轴进行拟合，得到环境温度与气瓶压力对应的数据曲线，通过对气瓶使用工况载荷进行分析，分别以横坐标200℃、300℃、400℃在动态曲线上对应出3个纵坐标的气瓶内压力值，最终以上述形成的状态点作为热振试验条件，具体曲线见图1。第二步，将热振试验条件转化为试验件气体高温状态设计点。根据第一步得出的三个坐标点，(200,23)、(300,21)、(400,10)可知，横坐标值为环境温度，想要得到气体状态设计点，需要获得气瓶内部气体温度数据。利用图2所示的工艺试验件，通过空瓶外加热试验测试，得到了环境温度条件在200℃、300℃、400℃时对应的空瓶内部气体温度分别为122℃、230℃和335℃。考虑到工艺试验件为聚酰亚胺复合材料空瓶，200℃、300℃、400℃条件下的热导率相比真实承压气瓶的热导率偏小，即承压气瓶在加热测试条件下，环境温度条件达到200℃、300℃、400℃时对应的承压气瓶内部温度将均高于122℃、230℃和335℃。通过分析比较，选取了对气瓶考核较为严苛的气体高温状态设计点：(122,23)、(230,21)、(335，10)。常规气瓶热试验是基于无内压负载的空气瓶状态，试验条件欠考核，本专利按照实际的温度和压力设计点进行模拟真实负载状态下的力热条件，且本申请抛开了原有的设计思路，选取比较严苛的几个设计点，通过这几个设计点状态持续的状态下进行试验，完全可以满足常规试验的要求，而且试验环境条件的控制更方便和稳定。第三步：将气体高温状态设计点转化为气体常温状态设计点，并制备热振试验条件。根据非理想气体状态(范德瓦尔斯)方程，如公式1所示：P气体压力；a：修正系数，可取0.1368；V:气体容积；b：分子体积修正系数，可以忽略；n：气体物质的量；R:理想气体常数；T：温度。将气体高温状态设计点(122,23)、(230,21)、(355,10)代入公式1进行等效转化，得到气体常温，也就是20℃状态设计点压力，这样转化后的设计点200℃、300℃、400℃转化后分别为16MPa、12MPa和5MPa，记录这三个值，分别作为三个试验设计点常温条件下充入气体的压力值。按照空瓶结构形式，焊接温度传感器后密封。第四步，开展热振试验，首先选择常温充入16MPa气体的试验件，然后将试验件固定在振动试验台面上，在试验件外圈采用环状石英灯组用于热辐射加热，石英灯组采用悬吊方式保卫试验件，试验件表面粘贴热电偶用于试验件表面复合材料温度过载监测。加热开始后，通过控制石英灯功率达到环境温度200℃的条件，加热持续稳定一段时间，当试验件内部温度创拿起数值达到122摄氏度时，开始进行振动试验，直到振动要求时间结束，关闭石英灯加热器，200℃状态点的热振试验结束。第五步，按照第四步流程，选择常温充入12MPa气体的试验，进行300℃状态点的热振试验，第六步，按照第四步的流程，选择常温充入5MPa气体的试验件，进行400℃状态点的热振试验，至此，热振试验考核结束。根据实际需求，可更改上述设计点的温度值，也可以增加更多的设计点，覆盖较为严苛的压力温度状态即可。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温聚酰亚胺复合材料气瓶热振联合试验方法，包括以下步骤：/n第一步：确定热振试验条件，根据气瓶使用环境温度变化实际情况，绘制时间与对应环境温度数据的曲线，然后与气瓶工作压力曲线按时间轴进行拟合，得到环境温度与气瓶压力对应的数据曲线，选取曲线上至少三个坐标点(X，Y)，横轴X为温度，纵轴Y为压力；/n第二步：将热振试验条件转化为试验件气体高温状态设计点，根据第一步得出的三个坐标点，通过空瓶外加热试验测试，测试第一步中三个坐标点对应的空瓶内部气体温度，并记录，用所测得的温度值代替第一步中三个坐标点的横坐标，(X1，Y)；/n第三步：将第二步中的三个坐标点(X1，Y)，代入公式转换为气体常温状态设计点，并记录对应的压力值形成坐标点(X0，Y1)，X0为室温温度值，转换公式为非理想气体状态方程，/n

【技术特征摘要】
1.一种耐高温聚酰亚胺复合材料气瓶热振联合试验方法，包括以下步骤：
第一步：确定热振试验条件，根据气瓶使用环境温度变化实际情况，绘制时间与对应环境温度数据的曲线，然后与气瓶工作压力曲线按时间轴进行拟合，得到环境温度与气瓶压力对应的数据曲线，选取曲线上至少三个坐标点(X，Y)，横轴X为温度，纵轴Y为压力；
第二步：将热振试验条件转化为试验件气体高温状态设计点，根据第一步得出的三个坐标点，通过空瓶外加热试验测试，测试第一步中三个坐标点对应的空瓶内部气体温度，并记录，用所测得的温度值代替第一步中三个坐标点的横坐标，(X1，Y)；
第三步：将第二步中的三个坐标点(X1，Y)，代入公式转换为气体常温状态设计点，并记录对应的压力值形成坐标点(X0，Y1)，X0为室温温度值，转换公式为非理想气体状态方程，



P气体压力；
a：修正系数，可取0.1368；
V:气体容积；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冲，廉彬，胡森，张著，徐铁峰，
申请(专利权)人：沈阳航天新光集团有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21