具有薄壁金屬內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的高溫高壓氣瓶的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種固體燃氣發(fā)生器為能源的熱噴系統(tǒng)，特別是一種具有薄壁金屬內(nèi) 襯結(jié)構(gòu)的高溫高壓氣瓶的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航天器的發(fā)展，需要輕質(zhì)、高性能的小推力火箭發(fā)動機，以增加衛(wèi)星有效載 荷；同時，為適應(yīng)動能攔截器不斷向快速響應(yīng)、輕質(zhì)、低成本和安全化轉(zhuǎn)化的要求，深空探測 器推進系統(tǒng)需要具備高性能、長壽命、多次起動、無污染的特點，因此，對姿軌控制系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)質(zhì)量和性能提出了更高的要求。
[0003] 目前國內(nèi)外幾乎所有的姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)都由液體姿控動力系統(tǒng)和冷噴系統(tǒng)組成，該 調(diào)整系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低、燃料密度小、體積大的缺點，整個系統(tǒng)消極質(zhì)量大，液體 燃料在貯箱的晃動，容易造成整個系統(tǒng)的抖動，乃至偏離軌道，因此，安全性較差，一旦燃料 泄露，將會造成整個系統(tǒng)的嚴重故障。
[0004] 為了克服上述不足，研宄人員提出研制一種采用固體燃氣發(fā)生器為能源的熱噴系 統(tǒng)，該系統(tǒng)平時以固體燃料形式系統(tǒng)貯存。當需要使用時，將高能固體燃料通過電點火器引 燃，產(chǎn)生高溫高壓氣體通過高溫高壓氣瓶進行儲存，然后作為能源進行姿態(tài)控制。
[0005] 為保證熱噴系統(tǒng)的正常工作，作為關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的高溫高壓氣瓶必須具有重量較 輕、可靠性高、高溫高壓性能好的特點。目前制作使用的高溫高壓氣瓶的金屬內(nèi)襯一般采用 金屬鋁或鈦合金，直徑一般< 300mm，壁厚一般多3mm，應(yīng)用領(lǐng)域有限。目前國內(nèi)外還沒有能 夠應(yīng)用于航空航天多個領(lǐng)域的、可靠性高、成本低廉的一種具有薄壁金屬內(nèi)襯結(jié)構(gòu)復(fù)合材 料高溫高壓氣瓶成型工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的難點，提出一種具有薄壁金屬內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的高溫高 壓氣瓶的制造方法。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟：
[0008] 步驟一，橢球體的拉伸：將不銹鋼板經(jīng)沖壓機拉伸定型制備得到高溫高壓氣瓶的 金屬橢球體。
[0009] 步驟二，再結(jié)晶退火處理：將拉伸定型的金屬橢球體升溫至溫度為700~900°C， 保溫50~150分鐘后，以不超過50°C的速度降溫至環(huán)境溫度。
[0010] 步驟三，灌封砂型：用石英砂、聚乙烯醇和水配制石英砂混合膠粘劑，加入到金屬 橢球體中，固化制備石英砂芯。
[0011] 步驟四，在金屬橢球體表面進行機加工至兩端各加工出一個封頭型面，然后水洗 沖掉石英砂芯。
[0012] 步驟五，內(nèi)襯接嘴焊接：將金屬橢球體兩端的封頭型面各與一個內(nèi)襯接嘴焊接在 一起，形成一個半內(nèi)襯。
[0013] 步驟六，整體焊接：將兩個半內(nèi)襯通過一條環(huán)向焊縫焊接到一起，形成薄壁金屬內(nèi) 襯。
[0014] 步驟七，機加工金屬接頭：對鋁合金鍛件進行機加工，得到要求尺寸的金屬接頭。
[0015] 步驟八，制備金屬接頭模壓件：對機加工得到的金屬接頭進行表面陽極化處理，然 后將三元乙丙膠片和橡膠粘接劑按照要求進行裝模、合模，模壓制備得到金屬接頭模壓件。
[0016] 步驟九，金屬內(nèi)襯外表面處理：對金屬內(nèi)襯外表面進行吹砂處理，并保證外表面吹 砂均勻。
[0017] 步驟十，橡膠絕熱層的包覆：對金屬內(nèi)襯外表面及三元乙丙橡膠片表面用無水乙 醇清理干凈，然后在金屬內(nèi)襯外表面涂刷橡膠粘接劑，安裝金屬接頭模壓件，并貼三元乙丙 橡膠片形成橡膠絕熱層，貼片步驟采用現(xiàn)有工藝實現(xiàn)。
[0018] 步驟十一，制備耐高溫環(huán)氧樹脂膠：環(huán)氧樹脂、固化劑、促進劑按照重量比 1 : 0.2~0.6 : 0.005~0.006的比例混合制備得到耐高溫環(huán)氧樹脂膠。
[0019] 步驟十二，浸潤：將連續(xù)碳纖維按照纏繞機穿紗順序，依次通過出紗口，浸膠輥，在 30~40°C下浸潤于制得的耐高溫環(huán)氧樹脂膠中。
[0020] 步驟十三，連續(xù)纖維纏繞：使用浸潤過的連續(xù)纖維對金屬內(nèi)襯外表面上的橡膠絕 熱層和金屬接頭模壓件進行纏繞，纏繞時采用縱向纏繞和環(huán)向纏繞相交替的方式進行，交 替纏繞4~6次，每次環(huán)向纏繞和縱向纏繞的次數(shù)為1~2層，纏繞張力控制為12~20N/ 股。
[0021] 步驟十四，固化：以2°C /min的升溫速度，升高至100°C保溫2小時，再升高至 120°C保溫3. 5小時，再升高到150°C保溫10小時，最后以不大于2°C /min的降到室溫即完 成固化，制得成品。
[0022] 進一步地，所述步驟三額石英砂混合膠粘劑中，石英砂、聚乙烯醇和水的重量比為 100 : (1 ~2) : 6〇
[0023] 進一步地，所述步驟十一中，環(huán)氧樹脂由縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂和縮水甘油胺類 環(huán)氧樹脂組成，所述固化劑為甲基納迪克酸酐，所述促進劑為2-乙基-4-甲基咪唑。
[0024] 進一步地，所述步驟十三中，連續(xù)纖維為日本東麗T700連續(xù)纖維或日本東麗T800 連續(xù)纖維。
[0025] 進一步地，所述步驟十三中，縱向纏繞面和金屬內(nèi)襯軸心線夾角即縱向纏繞角度 為35度，縱向纏繞時連續(xù)纖維從一端的金屬接頭模壓件繞經(jīng)金屬內(nèi)襯外表面的橡膠絕熱 層至另一端金屬接頭模壓件，再繞經(jīng)金屬內(nèi)襯外表面的橡膠絕熱層回到起始金屬接頭模壓 件，如此反復(fù)進行纏繞完成。其中纏繞方式為：環(huán)向纏繞八層，縱向纏繞八層，纏繞張力設(shè)置 為18N/股。
[0026] 本發(fā)明的有益效果為：使用本發(fā)明所述的制造方法制備得到的具有薄壁金屬內(nèi)襯 結(jié)構(gòu)的高溫高壓氣瓶重量輕、可靠性高、耐高溫、成本低廉，爆破壓力大于25MPa，可用于固 體國體火箭發(fā)動機、飛行器推進系統(tǒng)用復(fù)合材料高溫高壓氣瓶等航空航天上，具有廣泛的 應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明方法制備得到的具有薄壁金屬內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的高溫高壓氣瓶成型結(jié)構(gòu) 示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0029] 步驟一，金屬橢球體采用2mm厚不銹鋼板（lCrl8Ni9Ti)，在500T沖壓機上拉伸定 型制備得到高溫高壓氣瓶的金屬橢球體。
[0030] 步驟二，將拉伸定型的金屬橢球體在結(jié)晶溫度為800°C，保溫100分鐘，然后以 40 °C的速度降溫至環(huán)境溫度。
[0031] 步驟三，用石英砂、聚乙烯醇和水配制石英砂混合膠粘劑，石英砂、聚乙烯醇和水 的重量比為100 : (1~2) : 6,加入到金屬橢球體中，用槌子搗實成型后，置入烘箱中，固 化制備石英砂芯。
[0032] 步驟四，按照建模的數(shù)控程序?qū)饘贆E球體表面進行機加至兩端各加工出一個封 頭型面1-1，然后水洗沖掉石英砂芯。
[0033] 步驟五，通過手工氬弧焊將金屬橢球體兩端加工好的封頭型面1-1各與一個內(nèi)襯 接嘴1-2焊接在一起，形成一個半內(nèi)襯1。
[0034] 步驟六，通過手工氬弧焊將兩個半內(nèi)襯1通過一條環(huán)向焊縫焊接到一起，形成薄 壁金屬內(nèi)襯。
[0035] 步驟七，采用鋁合金鍛件（LC9CGS1)進行數(shù)控加工，得到要求尺寸的金屬接頭。
[0036] 步驟八，對機加工得到的金屬接頭（LC9CGS1)零件進行表面陽極化AL/Et. A(