一种适用于高浓度过氧化氢的复合材料贮箱壳体的制作方法

1.本发明主要应用于推进剂贮箱的技术领域，具体涉及一种适用于高浓度过氧化氢的复合材料贮箱壳体。


背景技术：

2.燃料贮箱作为推进系统中重量和体积占比最大的部件，其轻质化水平是衡量运载火箭结构效率的核心因素。
3.贮箱材料的发展经历了4个阶段，自运载火箭诞生以来，国外推进剂贮箱的结构材料先后经历了第一代铝镁合金，第二代铝铜合金和第三代铝锂合金，为了进一步减轻结构质量，采用金属与非金属相结合的方式形成了重量较轻、承载能量较高的第四代复合材料贮箱，因此复合材料贮箱代表了未来的发展方向，尤其是不使用金属内胆的纯复合材料贮箱是各国研究的重点，为进一步减重提供了发展空间。
4.而高浓度过氧化氢推进剂所具有的强氧化性及不稳定性，使得用于过氧化氢贮存的材料种类和规格极为有限，更加限制了贮箱材料的发展。
5.为了进一步提高火箭的运载能力，不使用金属内胆的纯复合材料结构贮箱可进一步减轻贮箱的重量，因此必须解决复合材料贮箱的密封性，同时高浓度过氧化氢推进剂具有强氧化性和腐蚀性，且与其一级相容的材料极为有限，因此使密封层应同时满足与高浓度过氧化氢的相容性和抗渗性，是亟待解决的另一个问题。
6.在设备长时间进行使用后，设备的出液口与壳体容易出现缝隙，然后过氧化氢的液体溶液会出现泄漏，且工作人员不易发现，从而造成一定的经济损失。


技术实现要素：

7.本专利针对高性能聚合物基复合材料应用于高浓度过氧化氢贮箱的问题，提出了一种适用于高浓度过氧化氢推进剂的复合材料压力贮箱的制作方法。
8.本发明提供一种适用于高浓度过氧化氢的复合材料贮箱壳体的制作方法，利用该方法制作的贮箱可以进一步提高贮箱轻量化，而且能同时满足过氧化氢的抗渗性和相容性，所述的高浓度过氧化氢是指过氧化氢水溶液的质量百分比浓度大于90%。
9.为了达到以上目的，本发明提供一种适用于高浓度过氧化氢的复合材料贮箱壳体，包括密封层，所述密封层的外侧设有结构层，所述结构层一侧的顶部设有进气端，所述结构层一侧的底部设有出液端，所述结构层的顶部和底部对称设有连接裙。
10.进一步的，所述的复合材料贮箱壳体，其密封层由三元乙丙橡胶制成，与过氧化氢一级相容，实现壳体密封和高浓度过氧化氢长期贮存。
11.进一步的，所述复合材料贮箱壳体，其结构层由环氧树脂基碳纤维复合材料制成，满足贮箱结构强度和刚度要求。
12.进一步的，所述复合材料贮箱壳体，其密封层和结构层一体固（硫）化成型，工艺简单。
13.进一步的，所述复合材料贮箱壳体，其密封层和结构层界面可涂橡胶专用胶粘剂，也可不作任何处理，仅采用结构层中环氧树脂实现界面的粘接。
14.进一步的，所述复合材料贮箱壳体，其连接裙可与结构层一体成型，也可单独成型后与结构层粘接成型。
15.进一步的，所述复合材料贮箱壳体，其进气端和出液端内、外壁均与密封层粘接而成，且内壁的粘接界面设置有一圈密封槽，进一步防止过氧化氢从粘接界面进入；进一步地外壁的密封层避免金属与碳纤维接触发生电化学腐蚀。
16.进一步的，所述复合材料贮箱壳体，其进气端和出液端外壁的密封层外侧与结构层粘接而成，且口部外侧为带锥角设计，可从结构上将两端的轴向载荷传递到结构层，提高前、后连接结构的可靠性。
17.与现有技术相比，本发明提供了一种适用于高浓度过氧化氢的复合材料贮箱壳体，具备以下有益效果：1、本专利发明的复合材料贮箱壳体结构层充分发挥复合材料轻质、高强的特性，可减轻结构重量，同时橡胶密封层可以满足复合材料壳体的密封性和抗渗性，具有成型工艺简单，可靠性高、使用维护简便的特点。
18.2、本发明通过滑杆、顶板b、弹簧、活塞、密封筒、冷却液槽、水泵、安全阀和水泵控制按钮的配合下，在过氧化氢溶液的温度达到一定值，进行受热分解时，设备能够吸收过氧化氢溶液的热量，从而对其进行降温，有效的阻止过氧化氢进一步分解的情况发生，并采用安全阀对气压自动进行控制，当压力到达预定设定值时，能够自动泄压，同时推动按钮进行循环冷却，对设备内部的气压进行控制，防止设备内部的气压过大使得设备出现开裂的情况发生。
19.3、本发明通过顶板a、安装仓、警报灯控制按钮、警报灯、内螺纹管和浮杆的配合下，在过氧化氢溶液出现泄漏时，在一定程度上能够对泄漏的溶液进行监测，同时警报灯会启动，从而对外界的工作人员进行一定的提示，方便工作人员后续进行维修或及时停止使用。
附图说明
20.图1为本发明的主视剖视图；图2为本发明的主视图；图3为本发明的活塞的立体图；图4为本发明的图1的a处放大图；图5为本发明的图1的b处放大图。
21.图中：1、结构层；2、密封层；3、密封筒；4、冷却管；5、进气端；6、安全阀；7、水泵控制按钮；8、冷却液槽；9、水泵；10、连接裙；11、出液端；12、安装板；13、顶板a；14、安装仓；15、警报灯控制按钮；16、警报灯；17、内螺纹管；18、浮杆；19、外螺纹管；20、滑杆；21、顶板b；22、弹簧；23、活塞；24、浮球；25、端盖a；26、端盖b；27、进气口；28、出液口。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：本发明一种适用于高浓度过氧化氢的复合材料贮箱，包括密封层2，密封层2的外侧设有结构层1，进气端5的顶部设有端盖a25、进气口27和安全阀6，出液端11的底部设有端盖b26和出液口28，结构层1的顶部和底部对称设有连接裙10，结构层1外侧的底部设有内螺纹管17，内螺纹管17与外螺纹管19相互适配，外螺纹管19的顶部设有安装仓14，安装仓14内部的底部设有警报灯控制按钮15，警报灯控制按钮15的顶部设有警报灯16，安装仓14的内部滑动连接有浮杆18，浮杆18的顶部设有顶板a13，浮杆18的底部设有浮球24，端盖a25连接进气口27，进气口27一端用于进气，一端连接安全阀，安全阀连接密封筒3，密封筒3的内部滑动连接有活塞23，活塞23的顶部设有滑杆20，滑杆20的外侧设有弹簧22，滑杆20的顶部设有顶板b21，端盖a25的顶部设有冷却液槽8，冷却液槽8的一侧设有水泵9，水泵设有水泵控制按钮7，冷却液槽8的另一侧设有冷却管4，且水泵9的输出端与冷却管4相连。
24.密封层2采用1mm的三元乙丙橡胶成型，两端连接进气端5和出液端11，进一步的在进气端5和出液端11外壁再连续包裹一层三元乙丙橡胶。
25.在密封层2外表面涂刷三元乙丙胶粘剂，按照设计好的铺层角度和厚度，在密封层2外表面用浸渍好环氧树脂的碳纤维，在一定纤维张力下，实施缠绕直至结构层完成。
26.根据裙部位的载荷情况预先设计好的铺层角度和厚度，继续地在壳体两端的封头肩部缠绕成型，并与壳体筒身段过渡连接，直至达到外径设计值；将制作的复合材料贮箱壳体在一定升温速率下加热至共固硫化温度，保温一段时间，保证复合材料结构层1和密封层2能同时实现固硫化。
27.根据实施例制造出来的复合材料壳体具有成型工艺简单，可靠性高，进一步减轻了贮箱的结构质量，可用于长期贮存高浓度过氧化氢，并可防止过氧化氢渗漏，避免进一步腐蚀复合材料壳体的结构层。
28.实施例1，如图1-5所示，当过氧化氢溶液温度过高进行分解时，设备内部的氧气含量提高，使得设备内部的气压增大，达到安全阀的设定压力后自动泄压，进而推动活塞23向密封筒3的内部滑动，并使弹簧22进行压缩，同时带动滑杆20和顶板b21移动，并对水泵控制按钮7进行挤压，从而启动水泵9，水泵9抽取冷却液槽8内部的冷却液，通过冷却管4进行循环，在循环的过程中，吸收过氧化氢溶液内的热量，并带至外部，进而降低过氧化氢溶液的温度，阻挡过氧化氢溶液进一步分解的情况发生，同时通过安全阀6的作用下，可进行自动泄压，防止设备内部的气压过大使得设备出现开裂的情况发生，并减少人工维护和操作，更加安全可靠。
29.实施例2，如图1、2、4、5所示，当结构层1受到腐蚀后出现缝隙时，设备内部的溶液通过缝隙处流入至外螺纹管19的内部，使得外螺纹管19内部的液位逐渐升高，进而带动浮球24、浮杆18和顶板a13上移，当顶板a13移动到指定的高度后，对警报灯控制按钮15进行挤压，使得警报灯16启动，从而对外界的工作人员进行提示，及时的对缝隙处进行修复或及时停止使用，并且还能有效的防止过氧化氢溶液泄露至外部，提高一定的防护效果。
30.工作原理：当过氧化氢溶液温度过高进行分解时，设备内部的氧气含量提高，使得
设备内部的气压增大，通过安全阀自动泄压，进而推动活塞23向密封筒3的内部滑动，并使弹簧22进行压缩，同时带动滑杆20和顶板b21移动，并对水泵控制按钮7进行挤压，从而启动水泵9，水泵9抽取冷却液槽8内部的冷却液，通过冷却管4进行循环，在循环的过程中，吸收过氧化氢溶液内的热量，并带至外部，进而降低过氧化氢溶液的温度，阻止过氧化氢溶液进一步分解的情况发生，同时通过安全阀6的作用下，可进行自动泄压，防止设备内部的气压过大使得设备出现开裂的情况发生，并减少人工维护和操作，更加安全可靠；当结构层1受到腐蚀后出现缝隙时，设备内部的溶液通过缝隙处流入至外螺纹管19的内部，使得外螺纹管19内部的液位逐渐升高，进而带动浮球24、浮杆18和顶板a13上移，当顶板a13移动到指定的高度后，对警报灯控制按钮15进行挤压，使得警报灯16启动，从而对外界的工作人员进行提示，及时的对缝隙处进行修复或及时停止使用。
31.最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。