“神舟七号”飞船舱外航天服防护头盔组件的研制.pdf

　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