“神舟七号”飞船舱外航天服防护头盔组件的研制.pdf

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 58“  ”      神舟七号飞船舱外航天服防护头盔组件的研制  2010年1月  防护头盔组件的研制工艺如下所示: (1)防护头盔组件材料体系  材料体系的选择以舱外航天服防护头盔组件的 技术要求为根本出发点和最终落脚点,慎重而又周    详地进行了选材工作,从而首次在我国自主研制的  舱外航天服头盔组件中使用玻璃纤维增强环氧树脂    复合材料体系.SW110/LWR-2,并选用热熔法预浸  料制备工艺制备预浸料-1o]。 作为舱外航天服重要部件之一的防护头盔组件   必须要能够承受从低温到中温的环境温度,更重要   的是要求重量尽可能的轻、具有较高比强度和比模  量、耐一定能量的冲击、绝缘性能好,恰恰这些又都  是玻璃纤维增强环氧基复合材料的长处,从而进行  了初步的选择。本着使用国产原材料及得到较高比    强度的原则,经过多种材料的对比试验和对俄罗斯    舱外宇航服头盔组件的研究,选择了高强玻璃纤维   SW110;为了得到较高的冲击韧性,选择了增韧环氧   树脂LWR-2。经多方验证和试验,该材料体系可以  满足舱外航天服的技术要求。  根据舱外航天服抗蚀、隔热、重量轻、抗冲击等   技术要求,我们选用玻璃纤维环氧树脂材料体系,该  材料体系的特点为力学性能高、工艺成熟稳定、耐候   性好等。原材料以及生产单位见表1。    表1原材料体系 (2)工艺流程 “   采用热压罐真空辅助成型方法,工艺流程  如图2所示。 模具设计、制造H 下料H 铺叠H 吸胶—            -_叫塾鳌墅H垡H堕H垫I   图2防护头盔壳体工艺流程示意图 (3)研制过程中的关键技术  防护头盔组件研制过程中涉及到的关键技术主 要有球面加筋复合材料构件的分块铺覆和球面加筋 复合材料构件的变形控制技术。① 球面加筋复合材料构件的分块铺覆技术:头 盔外形类似半球体,为不可展图形,在预浸料的铺覆  工艺中必须要利用优化的分块方案来解决铺覆难   题,以达到制件性能的最优。针对制件的不同结构   特点,采用相应的解决方案,如针对部分不可展图形  提出的一种交互方式的对曲面添加剪口的算法¨  ,  但该算法应用于防护头盔组件具有较大局限性,从 而在研制过程中进行了球面加筋复合材料构件的分  块铺覆技术的研究。分块遵循尽量少开口、保证构   件力学性能的原则,利用FiberSim、CATIA等专业设   计软件分析模拟预浸料分块和开口方式,同时充分   考虑头盔组件的受力方式,并通过系列试验的验证, 最终确定了分块铺覆的技术方案一防护头盔的顶部   采用整块预浸料,底部周边搭接四块预浸料,具体分     块如图3所示,图中所示出的不同颜色区域即表示   不同的预浸料分块。   图3预浸料分块方案②  球面加筋复合材料构件的变形控制技术:因      为涉及到多组件的装配,所以对防护头盔组件的外    形尺寸精度要求非常高,严格要求防护头盔的外形   稳定。研制过程中的变形控制就显得尤为重要,经    过多次工艺试验,从以下两条途径保证了构件的尺   寸精度,一方面,在模具设计和制造过程中采用模具  预先补偿技术来保证型面精度和外形尺寸;另一方   面,在升降温过程中必须要使构件的顶部和底部、内    侧和外侧、环向都处于一个均匀的温度场中,尽量消除内应力从而减小热变形¨  。通过多年的型号生  产任务的经验积累以及各项专项研究工作所获得的  技术成果,针对球面加筋构件研究了热压罐的温度     场、压力控制,创新了一系列热压罐温度场、压力的  控制技术。 (4)研制结果  上述工艺研制的防护头盔壳体颜色均匀,内、外   表面光滑平整(图4所示),通过全覆盖无损检测表     明内部质量良好,完全满足技术要求;玻璃钢壳体的   2010年第1期       玻璃钢/复合材料 59 厚度均匀,尺寸精度高,经检测满足装配要求;随炉 件的性能均达到要求。   图4喷涂后防护头盔组件   3结论    “ ”    各种地面实验以及装备飞天号航天服的“”   神舟七号宇航员成功进行舱外活动共同表明,我  所研制的舱外航天服头盔组件完全满足舱外宇航服     的技术要求,为宇航员出色完成任务提高了最可靠   的技术支持,并为今后批量生产舱外宇航服打下了 坚实的基础。 参考文献   [1]王虎.复合材料在飞机上的应用[J].玻璃钢/复合材料,1992, (6):4546.       [2]李俊昌,雷波.复合材料在民用飞机结构上的应用[J].全面  腐蚀控制,2006(6):33-35.         [3]熊大爻.美国航空复合材料简介[J].材料工程,1984,(3): 47-51. [4]王汝敏,郑水蓉,郑亚萍等.聚合物基复合材料及工艺[M].北    京:二十一世纪高等教育出版社,2005,01(1):205.         [5]赵渠森.预浸料技术及其设备[J].玻璃钢/复合材料,1994, (1):31-36.      [6]刘宝锋,李佩兰,张凤翻.热熔法预浸料制备工艺研究[J].高  科技纤维与应用,2000,(4):3848. [7]冀克俭,张银生,张淑芳,邓卫华.环氧预浸料质量控制研究进   展[J].玻璃钢/复合材料,1997,(3):4446.         [8]张凤翻.复合材料用预浸料[J].高科技纤维与应用,2000, (1):30-32.          [9]张风翻.复合材料用预浸料[J].高科技纤维与应用,2000, (2):25-29.      [1O]张凤翻,张雯婷.预浸料技术的新进展[J].高科技纤维与应  用,2002,(1):17-23.       [11]张元明,赵鹏飞,何颖,赵景丽.热压罐成型小型无人机机体    结构用复合材料[J].玻璃钢/复合材料,2005,(2):54-57.        [12]张元明,赵鹏飞,何颖,赵景丽.袋压法成型复合材料在小型        无人机机体结构中的应用[J].工程塑料应用,2004,(1O): 38.41.      [13]高惠芳.我国战斗机应用复合材料的情况简介[J].玻璃钢/   复合材料,1983,(5):54-55.                [14]陈小鹏.复合材料构件铺层展开剪口与区域划分技术研究  [D].南京航空航天大学硕士学位论文,2007.         — [15JPopovV.M.,PeskovN.E.,LushnikovaR.NThemethodofquali        tycontrolofcompositematerialsofprepregtype[J].Defektosko- piya,1994,01(1):50-51.    ’’’     PREPA量【AI_lUoEXIRAVEHJCULARSPACESUITHELMETFoR“Ⅱ”Ⅱ  SHENZHoUQIAoAHIP —   SHUWeiguo,YANGXi,SONGMin-jian       (BeijingAeronauticalManufacturingTechnologyResearchInstitute,Beijing100024,China)            Abstract:Inthispaper,thepreparationbackgroundandprocessesofextravehicularspacesuithelmetfor“”    “”         shenzhouqihaowerepresented.Theachievementofshenqihadindicatedtheprogressesinpreparationofex-   travehicularspacesuithelmet.  Keywords:helmet;composites
清华君
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