一种复合材料贮箱用金属衬套及其制备方法与流程

1.本发明涉及复合材料贮箱连接件技术领域，尤其涉及一种复合材料贮箱用金属衬套及其制备方法。


背景技术：

2.推进剂贮箱是航天运载器中动力系统和结构系统的关键部件，推进剂贮箱的材料轻质化水平是运载器的主要性能指标之一。目前航天运载器贮箱材料的发展主要经历了铝镁系合金、铝铜系合金、铝锂系合金和复合材料等阶段，复合材料贮箱已从小直径、小容量逐渐向大直径、大容量方向发展。随着国际国内新能源汽车的大力发展，复合材料贮箱在氢能源汽车上的应用也得到越来越多的重视。与传统的金属结构贮箱相比，复合材料贮箱在重量和成本方面均有着巨大的优势，经研究表明，在航天运载器中采用复合材料贮箱可使整体结构减重20％～40％。
3.基于推进剂贮箱的使用场景和使用环境，复合材料贮箱的密封性能对航天运载器的性能有着至关重要的影响。复合材料贮箱的密封性包括两部分：一部分是复合材料的密封性能，主要通过结构设计及工艺设计来保证；另一部分是为储箱提供连接处部分的密封(航空、航天用的压力容器需要为零件之间的装配提供连接)。由于复合材料的层间强度低，在复合材料上直接提供螺纹易导致层间失效而使得复合材料无法直接提供螺纹，因此复合材料贮箱多是通过金属连接件进行连接，金属件连接件通常以预埋方式或后装配方式提供连接。但传统的预埋金属连接件或后装配金属连接件，常因金属与复合材料之间的热膨胀系数差异巨大而导致当贮箱经过高低温循环或载荷循环的情况时，造成金属与复合材料之间产生缝隙，从而造成密封失效。
4.综上所述，如何设计一种可保证复合材料贮箱密封性能的金属金属连接件，是当下亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明为解决上述问题，提供了一种复合材料贮箱用金属衬套及其制备方法，金属衬套可用于复合材料贮箱上并为贮箱与其他设备或其他舱段提供连接，可解决现有金属衬套在贮箱高低温循环、载荷循环作用下连接处气密性不佳的问题。
6.为达到上述目的，本发明提出如下技术方案：一种复合材料贮箱用金属衬套，包括金属衬套本体，在金属衬套本体的外壁上沿周向和与轴向平行的纵向上分别开设有形变槽一和形变槽二，金属衬套本体中位于形变槽一和形变槽二之间的外壁形成与复合材料贮箱直接接触的连接壁；形变槽一和形变槽二内均涂覆有橡胶包覆层；当金属衬套安装好后，金属衬套位于复合材料贮箱的衬套安装孔内且橡胶包覆层及连接壁与衬套安装孔的孔壁使用胶黏剂粘接。
7.优选的，形变槽一为环形槽且形变槽一将连接壁分成了多个柱形连接块；形变槽二为矩形槽且形变槽二将柱形连接块分成了多个独立的弧形连接块；当金属衬套安装好
后，通过橡胶包覆层及弧形连接块与衬套安装孔的孔壁粘接。
8.优选的，橡胶包覆层的外表面位于形变槽一和形变槽二内且与弧形连接块的外表面平齐设置。
9.优选的，金属衬套本体上至少设有一个形变槽一和两个形变槽二，形变槽一的高度h1和形变槽二的宽度h2均为1mm-3mm。
10.优选的，橡胶包覆层的使用温度区间为-50℃-250℃、拉伸强度≥1mpa、断裂伸长率≥200％、与金属衬套本体的粘接强度≥1mpa。
11.优选的，橡胶包覆层的材料为丁腈橡胶或硅橡胶。
12.优选的，金属衬套本体由钢结构或钛合金结构或铝合金结构或镁合金制成。
13.一种复合材料贮箱用金属衬套的制备方法，用以制备上述金属衬套，包括如下步骤：
14.s1：通过机加工方式制备金属衬套本体，在金属衬套本体上开设形变槽一和形变槽二；
15.s2：在形变槽一和形变槽二内涂覆橡胶包覆层；
16.s3：将橡胶包覆层进行固化；
17.s4：在橡胶包覆层及弧形连接块的外表面上涂覆胶黏剂；
18.s5：将涂覆好胶黏剂的金属衬套本体安装至复合材料贮箱的衬套安装孔内。
19.优选的，步骤s3中橡胶包覆层的固化温度为室温；对橡胶包覆层进行固化后，再将漏出至形变槽一和形变槽二外侧的橡胶包覆层进行修理直至橡胶包覆层的外表面位于形变槽一和形变槽二内且与弧形连接块的外表面齐平。
20.优选的，步骤s2中橡胶包覆层的涂覆方式为：贴生胶片加压固化或通过模具注射液体橡胶或手工涂覆。
21.本发明有益效果是：
22.1、本发明在金属衬套的周向及纵向分别设置了形变槽一和形变槽二，并在形变槽一和形变槽二内涂覆一定厚度的橡胶包覆层，可在高低温环境下调节复合材料与金属的热膨胀系数，在循环载荷(内压、外部正应力切应力)环境下调节金属与复合材料连接点处的应变差异，保证金属衬套位置及连接位置的密封性能。
23.2、本发明中的形变槽一将连接壁分成了多个柱形连接块，形变槽二将柱形连接块分成了多个独立的弧形连接小块，金属衬套安装好后，通过弧形连接块与衬套安装孔的孔壁粘接；当环境温度变化时，金属衬套与复合材料接触的表面为一个个独立且被分散的弧形连接小块，可有效保证金属衬套与复合材料贮箱直接接触处的胶接强度；同时，通过一部分的衬套外表面，即弧形连接小块与复合材料贮箱通过结构胶粘剂直接粘接，可保证金属衬套在内螺纹连接并通过仪器设备打力矩时，金属衬套不会在衬套安装孔内转动，可保证安装和连接的稳定性。
附图说明
24.图1是本发明实施例提供的金属衬套本体的正视结构示意图。
25.图2是本发明实施例提供的金属衬套本体的俯视结构示意图。
26.附图标记：形变槽一1、形变槽二2、弧形连接块3、内螺纹孔4。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-2及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
28.一种复合材料贮箱用金属衬套，包括金属衬套本体，金属衬套本体由钢结构或钛合金结构或铝合金结构或镁合金制成。如图1和图2所示，在金属衬套本体的外壁上沿周向n开设有形变槽一1，在金属衬套本体的外壁上沿与轴向m平行的纵向上开设有形变槽二2，金属衬套本体中位于形变槽一1和形变槽二2之间的外壁形成与贮箱直接接触的连接壁；形变槽一1为环形槽且形变槽一1将连接壁分成了多个柱形连接块；形变槽二2为矩形槽且形变槽二2将柱形连接块分成了多个独立的弧形连接块3；金属衬套的中部包括内螺纹孔4，通过内螺纹孔4与机体的相关部件螺纹连接；当金属衬套安装好后，金属衬套位于复合材料贮箱的衬套安装孔内且橡胶包覆层及连接壁与衬套安装孔的孔壁使用胶黏剂粘接。
29.金属衬套本体上至少设有一个形变槽一1和两个形变槽二2，形变槽一1的高度h1和形变槽二2的宽度h2均为1mm-3mm，优选为2mm；本实施例中一共均匀开设有两个形变槽一1和四个形变槽二2，本领域技术人员也可根据实际情况设置其他数量和位置的形变槽一1和形变槽二2。
30.形变槽一1和形变槽二2内均涂覆有橡胶包覆层，橡胶包覆层的外表面位于形变槽一1和形变槽二2内且与弧形连接块3的外表面平齐设置，即橡胶包覆层的厚度不超过形变槽一1和形变槽二2的深度；优选为橡胶包覆层的外表面与弧形连接块3的外表面平齐设置，即橡胶包覆层的厚度与形变槽一1、形变槽二2的深度相等；本实施例中橡胶包覆层的使用温度区间为-50℃-250℃、拉伸强度≥1mpa、断裂伸长率≥200％、与金属衬套本体的粘接强度≥1mpa；橡胶包覆层的材料为丁腈橡胶或硅橡胶。
31.一种复合材料贮箱用金属衬套的制备方法，用以制备上述金属衬套，包括如下步骤：
32.s1：通过机加工方式制备金属衬套本体，在金属衬套本体上开设形变槽一1和形变槽二2；
33.s2：在形变槽一1和形变槽二2内涂覆橡胶包覆层；橡胶包覆层的涂覆方式为：贴生胶片加压固化或通过模具注射液体橡胶或手工涂覆；
34.s3：将橡胶包覆层在室温下进行固化；对橡胶包覆层进行固化后，再将漏出至形变槽一1和形变槽二2外侧的橡胶包覆层进行修理直至橡胶包覆层的外表面位于形变槽一1和形变槽二2内或与弧形连接块3的外表面齐平；
35.s4：在橡胶包覆层及弧形连接块3的外表面上涂覆胶黏剂；所用的胶黏剂为环氧类胶粘剂或其他用于金属与复合材料粘接的胶粘剂；
36.s5：将涂覆好胶黏剂的金属衬套本体安装至复合材料贮箱的衬套安装孔内，此时橡胶包覆层及弧形连接块3的外表面与衬套安装孔的内壁粘接。
37.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
38.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发
明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种复合材料贮箱用金属衬套，包括金属衬套本体，其特征在于，在金属衬套本体的外壁上沿周向和与轴向平行的纵向上分别开设有形变槽一(1)和形变槽二(2)，金属衬套本体中位于形变槽一(1)和形变槽二(2)之间的外壁形成与复合材料贮箱直接接触的连接壁；所述形变槽一(1)和形变槽二(2)内均涂覆有橡胶包覆层；当金属衬套安装好后，金属衬套位于复合材料贮箱的衬套安装孔内且橡胶包覆层及连接壁与衬套安装孔的孔壁使用胶黏剂粘接。2.根据权利要求1所述的复合材料贮箱用金属衬套，其特征在于，所述形变槽一(1)为环形槽且形变槽一(1)将连接壁分成了多个柱形连接块；所述形变槽二(2)为矩形槽且形变槽二(2)将柱形连接块分成了多个独立的弧形连接块(3)；当金属衬套安装好后，通过橡胶包覆层及弧形连接块(3)与衬套安装孔的孔壁粘接。3.根据权利要求2所述的复合材料贮箱用金属衬套，其特征在于，所述橡胶包覆层的外表面位于形变槽一(1)和形变槽二(2)内且与弧形连接块(3)的外表面平齐设置。4.根据权利要求3所述的复合材料贮箱用金属衬套，其特征在于，所述金属衬套本体上至少设有一个形变槽一(1)和两个形变槽二(2)，所述形变槽一(1)的高度h1和形变槽二(2)的宽度h2均为1mm-3mm。5.根据权利要求1-4中任一项所述的复合材料贮箱用金属衬套，其特征在于，所述橡胶包覆层的使用温度区间为-50℃-250℃、拉伸强度≥1mpa、断裂伸长率≥200％、与金属衬套本体的粘接强度≥1mpa。6.根据权利要求5所述的复合材料贮箱用金属衬套，其特征在于，所述橡胶包覆层的材料为丁腈橡胶或硅橡胶。7.根据权利要求6所述的复合材料贮箱用金属衬套，其特征在于，所述金属衬套本体由钢结构或钛合金结构或铝合金结构或镁合金制成。8.一种复合材料贮箱用金属衬套的制备方法，用以制备权利要求2-9中的金属衬套，其特征在于，包括如下步骤：s1：通过机加工方式制备金属衬套本体，在金属衬套本体上开设形变槽一(1)和形变槽二(2)；s2：在形变槽一(1)和形变槽二(2)内涂覆橡胶包覆层；s3：将橡胶包覆层进行固化；s4：在橡胶包覆层及弧形连接块(3)的外表面上涂覆胶黏剂；s5：将涂覆好胶黏剂的金属衬套本体安装至复合材料贮箱的衬套安装孔内。9.根据权利要求8所述复合材料贮箱用金属衬套的制备方法，其特征在于，步骤s3中橡胶包覆层的固化温度为室温；对橡胶包覆层进行固化后，再将漏出至形变槽一(1)和形变槽二(2)外侧的橡胶包覆层进行修理直至橡胶包覆层的外表面位于形变槽一(1)和形变槽二(2)内且与弧形连接块(3)的外表面齐平。10.根据权利要求9所述复合材料贮箱用金属衬套的制备方法，其特征在于，步骤s2中橡胶包覆层的涂覆方式为：贴生胶片加压固化或通过模具注射液体橡胶或手工涂覆。

技术总结
本发明涉及复合材料贮箱连接件领域，具体提供了一种复合材料贮箱用金属衬套，包括金属衬套本体、位于金属衬套本体外壁上的形变槽一和形变槽二，形变槽一和形变槽二内均涂覆有橡胶包覆层，当金属衬套安装好后，金属衬套位于复合材料贮箱的衬套安装孔内。本发明还提供了一种复合材料贮箱用金属衬套的制备方法，包括S1：通过机加工方式制备金属衬套本体、开设形变槽一和形变槽二；S2：在形变槽一和形变槽二内涂覆橡胶包覆层；S3：固化橡胶包覆层；S4：涂覆胶黏剂；S5：将涂覆好胶黏剂的金属衬套本体安装至复合材料贮箱的衬套安装孔内。本发明可以保证复合材料贮箱连接衬套位置的密封性能。以保证复合材料贮箱连接衬套位置的密封性能。以保证复合材料贮箱连接衬套位置的密封性能。


技术研发人员：刘永琪 李玉龙 董志武 白皓 林再文
受保护的技术使用者：长春长光宇航复合材料有限公司
技术研发日：2023.02.11
技术公布日：2023/5/9