蔡 强，赵晓宁，李新田，淡林鹏，蒲晓航，黄慧慧

(中国运载火箭技术研究院，北京 100076)

0 引言

纤维缠绕复合材料压力容器(以下简称复材容器)由于具有轻质高强的优点，在航天技术领域得到了广泛的应用[1-7]。复材容器一般由前后封头和筒段组成，三者一体缠绕成型，在前后封头缠绕过程中，缠绕角、纤维厚度和纤维应力等参数是不断变化的，不同的缠绕线型和子午线形状直接影响复材容器的承压能力，因此封头设计及分析工作是复材容器设计的核心内容。

复材容器封头的设计分析多采用网格理论计算，内压完全由纤维承担，树脂基体仅起到黏合作用，纤维缠绕通常采用测地线缠绕理论，不用考虑摩擦力的因素，纤维能够在芯模上稳定铺敷不打滑[8-10]。近年来，有关学者引入经典层板理论和非测地线纤维缠绕轨迹，考虑了树脂基体的承力并扩大了纤维缠绕轨迹设计空间[11-19]。

在方案论证阶段，通常需要快速开展封头方案的迭代设计、优化分析，因此亟需建立不同封头的快速方案评估模型，并通过对比分析优选出满足设计要求的方案。为此，本文系统整理出螺旋缠绕封头、螺旋缠绕椭球封头、平面缠绕封头和平面缠绕椭球封头4种封头的控制方程，设计上采用成熟可靠的网格理论和测地线理论，通过实例计算对比分析缠绕线型和封头子午线类型对复材容器性能的影响。

1 复材容器参数模型

1.1 几何参数模型

本文主要研究对象是复材容器封头，但是筒段的长度、外径和壁厚直接影响封头的参数，因此采用图1所示的封头和筒段一体化的几何参数模型。……