大型运载火箭低温复合材料贮箱设计研究进展

不同于传统铝合金焊接装配贮箱设计,复合材料贮箱设计重点是在分析其全寿命周期载荷工况下复合材料基体微裂纹萌生和损伤扩展的基础上,通过有效的设计手段防止其所盛装的低温推进剂(LOX、LH2)泄漏。本文分别对低温用树脂基复合材料及其性能、复合材料贮箱设计准则、贮箱主要部段的结构设计等方面进行了综述,并对复合材料贮箱发展前景进行了展望。

低温贮箱及铝锂合金的应用

从贮箱结构方案和材料应用两个方面对新型低温贮箱技术进行了论述。提出了运载火箭低温贮箱的几种总体布局方案和结构形式 ;明确指出新型低温贮箱的主体结构材料应立足于先进的铝锂合金。在制造工艺方面 ,提出了需重点开展研究工作的两项关键制造技术 :成形技术和焊接技术。

复合材料在航天运载器超低温燃料箱上的开发与应用

低温燃料箱的研究是进行下一代空间探索用运载器的关键。聚合物复合材料因其优异的性能应用于超低温燃料箱,可大幅提高未来空间系统的性能。本文概述了运载器结构和性能要求,重点介绍了洛克希德马丁太空系统公司对液氢、液氧超低温复合材料燃料箱和推进系统其他部件的开发与应用。

可重复使用运载器结构健康监测技术研究进展

系统梳理了国内外针对可重复使用航天运载器开展的结构健康监测技术研究工作情况,并针对其中的关键技术问题,包括热防护系统连接松动检测、低温贮箱健康监测、结构冲击监测、在轨试验验证进行了详细讨论,总结了国内外的研究现状、技术能力以及发展趋势,指出了结构健康监测系统实际部署中的技术需求,为今后可重复使用运载器结构健康监测系统的实际应用提供借鉴。

可重复使用运载器复合材料低温贮箱应用研究

轻质高强度低温贮箱是发展可重复使用运载器(RLV)的关键技术之一。本文论证了聚合物复合材料作为低温贮箱材料的必要性和可行性,介绍了复合材料低温贮箱的研制现状,对聚合物基体和纤维选择、设计技术、复合材料的成型及其性能测试等进行了探讨,指出了复合材料低温贮箱的发展趋势,并就我国复合材料低温贮箱的发展给出了建议。

重复使用运载器低温贮箱结构疲劳寿命与可靠性分析

针对可重复使用运载器(RLV)低温贮箱的疲劳寿命问题,从结构可靠性角度出发,探究其结构疲劳分析的一般方法。首先,根据RLV的实际工况建立了贮箱结构的数值仿真模型,通过分析得出低温贮箱在飞行状态下的局部高应力区和地-空地循环应力谱;其次,基于无限寿命设计的思想,利用应力-强度干涉模型,计算了贮箱结构在无限寿命期内不发生疲劳破坏的概率(可靠度);最后,结合贮箱疲劳载荷的设计数据,根据疲劳寿命估算的Miner线性累积损伤模型,利用名义应力法分析了某一给定飞行周期内的贮箱结构疲劳损伤程度,通过Monte Carlo法计算了该结构的可靠度。以上工作为RLV低温贮箱结构在工程中的优化设计和可靠性分析提供了理论参考。

运载火箭推进剂贮箱安全系数的选取

通过对推进剂贮箱的结构及其设计方法的分析,阐明推进剂贮箱适合弹性失效模式和常规设计方法,即安全系数法。对安全系数的性质、选取方法、取值的大小及其影响做分析,为贮箱设计选取安全系数提供参考。

运载火箭超临界氦贮罐内支撑结构研究

针对运载火箭超临界氦贮罐内支撑结构的高强度和低漏热需求,介绍了低温绝热容器支撑结构的设计原则、材料选择及结构形式,对重型运载火箭用超临界氦贮罐支撑结构进行了设计,建立了超临界贮罐内支撑结构仿真模型,对贮罐及内支撑结构的静强度和抗振性能进行了分析,证明了支撑结构方案的可行性。