發(fā)布時(shí)間：2020-04-26 12:16

【摘要】：先進(jìn)航天運(yùn)載器為了實(shí)現(xiàn)更大程度的輕量化,關(guān)鍵之一就是減少燃料貯箱的重量,解決辦法就是可將目前使用的含金屬內(nèi)襯的復(fù)合材料貯箱替換成無金屬內(nèi)襯的全復(fù)合材料貯箱。但全復(fù)合材料貯箱的滲漏問題是急需解決的首要問題,而固化過程中的缺陷是引發(fā)微裂紋泄漏的主要原因,因此,對缺陷的控制是十分必要的。本文從固化動(dòng)力學(xué)、固化工藝參數(shù)確定、流變學(xué)等進(jìn)行研究,以期望能夠得到低缺陷的成型方法。首先,通過固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析,得到AM-8927 A環(huán)氧樹脂/AM-8927 B固化劑體系的理論預(yù)固化溫度、理論固化溫度、理論后固化溫度以及熱分解溫度。利用Kissinger方程以及Crane方程求得指前因子、固化反應(yīng)表觀活化能、反應(yīng)級數(shù)以及n級固化動(dòng)力學(xué)方程。其次,通過理論分析、流變分析以及非等溫DSC方法,初步得到AM-8927 A環(huán)氧樹脂/AM-8927 B固化劑體系的固化工藝參數(shù),采用兩臺(tái)階式固化制度,確定了AM-8927A環(huán)氧樹脂/AM-8927 B固化劑體系的升溫速率、低溫臺(tái)階溫度、高溫臺(tái)階溫度、第一個(gè)固化臺(tái)階的保溫時(shí)間、第二個(gè)固化臺(tái)階的保溫時(shí)間,并提出在第一個(gè)固化臺(tái)階保溫完成后,溫度升至第二個(gè)固化臺(tái)階溫度前,采取梯度升溫的方式逐步加熱制件,當(dāng)制件固化完成后,采用隨爐冷卻的方式降溫,達(dá)到減小內(nèi)應(yīng)力的目的。最后,通過對AM-8927 A環(huán)氧樹脂/AM-8927 B固化劑體系流變性質(zhì)的分析發(fā)現(xiàn),氧化石墨烯的加入會(huì)影響到固化體系的固化過程,并且氧化石墨烯的加入對固化體系的儲(chǔ)能模量、損耗模量、黏度以及損耗因子的影響并非簡單的線性關(guān)系,而是在固化過程的不同階段具有不同的影響。隨著氧化石墨烯含量的增加,AM-8927環(huán)氧樹脂固化體系的力學(xué)性能呈現(xiàn)先增加后減少的總體規(guī)律。因?yàn)轲ざ鹊奶岣?導(dǎo)致真空脫泡處理不完全,試樣的內(nèi)部質(zhì)量有隨著氧化石墨烯含量的增加而變差的趨勢。
【圖文】：

可重復(fù)使用飛行器（RLV）、低成本飛行器（LCV）等航天器[1]。相比于固體（SPS），液體推進(jìn)系統(tǒng)（LPS）具有更低的總重和更高的推進(jìn)效率[2]，因此采進(jìn)系統(tǒng)可顯著降低推進(jìn)系統(tǒng)的規(guī)模，從而提高機(jī)動(dòng)性能。液體推進(jìn)劑中以液氫溫推進(jìn)劑為典型代表，其比沖為 4500m/s，并且燃燒產(chǎn)物為無污染的水，所以液在國際上被普遍作為具有綠色經(jīng)濟(jì)、效率較高的化學(xué)低溫推進(jìn)劑[3]。根據(jù)發(fā)達(dá)國家公布的載人航天、火星登陸與深空探測等太空活動(dòng)計(jì)劃，均將液等低溫液體推進(jìn)劑作為航天運(yùn)載器的首選燃料[4]。要實(shí)現(xiàn)液氫、液氧低溫推進(jìn)運(yùn)載器上的應(yīng)用，首要解決的問題是制備出符合使用條件的推進(jìn)劑貯箱。并且劑貯箱在結(jié)構(gòu)重量以及幾何容積兩個(gè)方面，都具有很高的占比，就拿一次性使火箭作為例子，推進(jìn)劑貯箱約占結(jié)構(gòu)重量的 60%[5]、占幾何體積的 60%-70%，量化技術(shù)一直是研究熱點(diǎn)。初期時(shí)候航天運(yùn)載器的推進(jìn)劑貯箱大多數(shù)是采用金制造的，其中鋁合金是一個(gè)典型的金屬材料代表，采用鋁合金實(shí)現(xiàn)減重的途徑強(qiáng)度更高與比剛度更高的材料，例如鋁鋰合金[6]，但是由于金屬材料制造的貯然比較大，導(dǎo)致航天火箭的發(fā)射、運(yùn)輸效率較低，，成本較高。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文的可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，并且具有良好的抗疲勞性和抗振性；（3）由于采藝，能夠大幅度的減少組件的數(shù)目以及使得裝配流程更簡單。復(fù)合經(jīng)濟(jì)性效果如圖 1-1 所示[7]。對于貯存常規(guī)液體推進(jìn)劑的碳纖維復(fù)合材料貯箱而言，多數(shù)由雙層結(jié)結(jié)構(gòu)，如圖 1-2 所示，其主要功能有以下幾點(diǎn)：（1）防止內(nèi)部貯泄漏；（2）作為貯箱成型制造時(shí)的成型芯模，內(nèi)襯端部的接頭作與連接界面；（3）能夠保護(hù)外面一層的碳纖維纏繞層不受到內(nèi)部。外面一層是由碳纖維經(jīng)纏繞固化而成的復(fù)合材料殼體，主要作用力載荷[8]。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ323.5;TB332;V46

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本文編號：2641486