重大突破,國內首個 3.35 米直徑複合材料液氧貯箱誕生
1月24日訊息中國運載火箭技術研究院宣佈,1 月 22 日,我國首個 3.35 米直徑複合材料貯箱原理樣機在火箭院誕生。該貯箱主要應用在液氧環境下,相比金屬貯箱可減重 30%,強度更高,能夠大幅提高火箭的結構效率和運載能力,是一種新型輕質貯箱。
複合材料貯箱原理樣機的誕生,標誌著我國打破國外壟斷,成為全球少數幾個具備複合材料貯箱設計製造能力的國家。
▲3.35 米直徑複合材料貯箱原理樣機
據介紹,該專案是由火箭院總體設計部抓總,航天材料及工藝研究所與國內多個高校共同參與的典型 “產、學、研”聯合攻關專案,研究團隊歷時兩年多,攻克了十大關鍵技術。
複合材料液氧貯箱結構設計技術
低溫複合材料細觀損傷力學分析技術
多尺度複合材料滲漏抑制技術
低溫液氧相容樹脂體系製備技術
分瓣式可拆卸複合材料工裝設計製造技術
複合材料工裝精確裝配技術
高精度自動鋪放技術
超薄預浸料製備技術
複合材料法蘭密封技術
複合材料可靠粘接密封技術
▲用於拆裝複合材料組合式工裝的型架
相比於金屬貯箱減重 30%
貯箱作為火箭結構重量佔比最大的部段,其減重對火箭運載能力的提升具有重大意義。
材料小知識
複合材料的密度為 1.7g/cm³ 左右,鋁合金密度為 2.8g/cm³,鋁鋰合金密度為 2.7g/cm³,複合材料的比強度是鋁合金的 8 倍,是鋁鋰合金的 6 倍。
獲悉,在航天領域,我國現役火箭的部分部段就大量採用複合材料,減輕了結構重量。
複合材料與當前火箭貯箱結構採用的金屬材料相比,具有密度更小、比強度更高、抗疲勞強度更好等優勢。相比於金屬貯箱,複合材料貯箱可以減重 30% 左右,可大幅降低結構重量,提升火箭運載能力。因此,發展複合材料貯箱是實現火箭減重目的的關鍵技術之一,也是國際航天大國爭相探索的新領域。
3.35 米直徑複合材料貯箱原理樣機的成功研製,標誌著我國掌握了從複合材料貯箱結構設計、材料製備到成形制造的全鏈路技術流程,成為全球少數幾個具備複合材料貯箱設計製造能力的國家。
與應用於液氫液氧環境下的金屬貯箱相比,複合材料貯箱主要應用在特定的液氧環境下,可以用在火箭末級。據資料顯示,火箭末級貯箱每減重 1 公斤,意味著運載能力提升 1 公斤。而且複合材料貯箱具有生產工序少、週期短等優勢。從國外的研究成果來看,相比於金屬貯箱,採用複合材料貯箱可降低火箭綜合成本 25%。
未來,複合材料貯箱在火箭末級推廣應用,將能大幅提升火箭的運載能力,對探索降低火箭成本具有深遠影響。