于 斌， 张 海， 赵积鹏， 顾森东

(兰州空间技术物理研究所，兰州 730000)

1 引 言

航天器及其分系统需要各种压力容器以贮存液体和气体,如卫星飞船推进系统用气瓶和表面张力推进剂贮箱,空间站推进系统、流体管理系统、环境控制与生命保障系统、科学试验和商业试验系统用各类型压力容器,运载系统的各种气瓶和低温推进剂贮箱等[1]。相对于全金属容器,复合材料压力容器具有质量轻、刚度好、容器特性系数高、可靠性高、抗疲劳性能好、负载工作寿命长、泄漏先于爆破的安全失效模式(LBB)、可设计性强、生产费用低以及研制周期短等诸多特点,其在航天和航空等领域得到越来越广泛的应用[2-5],纤维增强复合材料(CFRP)设计与工艺技术也随之大幅提升[6-9]。

复合材料压力容器(COPV)壳体结构设计解析方法有薄膜理论、基于薄膜理论和网格假设的网格理论以及基于薄膜理论和经典层合板的层合壳理论,由于网格理论简洁准确的特点,目前工程界大都采用网格理论进行COPV结构设计。李卫东等[10]根据网络理论算法,推导了载荷分担型弹性工作内衬COPV计算方程,包括静载各压力下静力学平衡方程和应变连续方程,建立了内衬壁厚的计算公式,但该解法假设内衬在预紧压力和工作压力下分别恰好达到压缩极限和拉伸极限,导致内衬应力计算的准确度有待提高。陈汝训[11]对具有衬里的纤维缠绕COPV结构设计进行了研究,预先确定内衬壁厚,假设容器在最大内压下,内衬和纤维同时达到拉伸极限,推导了应变均衡型/非均衡型缠绕结构的爆破压力计算公式,该解法对薄壁内衬COPV爆破压力的计算较为准确,但不能为内衬壁厚的确定给予指导。……