[01238172]碳纤维复合材料高压气瓶

（一）项目提出的背景 碳纤维复合材料高压气瓶与传统金属材料压力容器相比，具有重量轻、压力容限高、可靠性高、失效模式安全等优点。在军事领域，碳纤维复合材料高压气瓶是飞行器动力系统的关键组成部件之一。被广泛地应用在火箭、卫星、导弹、飞机、空天飞行器等航空航天系统上，对减轻飞行器的整体重量，降低发射成本具有重要意义。民用上，在经济高速发展的现代社会中，气瓶制造业被认为属于朝阳工业范畴。对气体能源的开发存储，新能源汽车的设计制造有着重要的影响。本项目以碳纤维复合材料高压气瓶为研究对象，开展小极孔碳纤维复合材料高压气瓶的结构设计、超薄金属内衬制备、小角度缠绕成型工艺和健康监测等方面的研究工作。在此基础上制备出相比同类型产品重量更轻的碳纤维复合材料高压气瓶。为碳纤维复合材料高压气瓶在新型武器装备、航空航天系统、储气领域、新能源汽车上的应用奠定基础。 （二）项目来源、水平，用途及应用领域 项目来源于国家“863”重大专项计划《大尺寸复合材料高压气瓶研究》。在该计划的支持下，项目组首次设计和制备出了带有超薄钛合金内衬的小极孔碳纤维复合材料高压气瓶。该气瓶相对同容积、同压力的同类气瓶减重30%，减重效果显著。产品经使用单位现场验收满足使用性能要求，已成功应用于某型号飞行器液体发动机的地面试验，是国内第一个用于挤压式液体火箭发动机的复合材料高压气瓶。 目前，该产品已应用在我国火箭和导弹液体发动机仅有的两家研制和生产单位，北京航天动力研究所某型号液体火箭发动机和西安航天动力研究所某型号液体发动机上，并为这些型号稳定配套碳纤维复合材料高压气瓶产品，对新型火箭发动机的减重起到了关键性作用，为系列新型火箭发动机的研制奠定了基础。同时，伴随着气体应用技术的成熟，该产品及相关技术可转化用来制备储气、储氢的复合材料气瓶，促进气体能源的开发利用，新能源汽车的设计制造，应用前景广阔。 （三）项目主要内容及产业化目标、任务 1、小极孔碳纤维复合材料高压气瓶整体结构优化设计。针对小极孔碳纤维复合材料高压气瓶的特殊结构形式，在满足使用性能要求的前提下，相比同类气瓶以最大化减轻重量为设计目标，进行高压气瓶整体结构优化设计。 2、超薄金属内衬成型技术。针对超薄金属内衬成型过程中易出现的回弹、边缘开裂、厚度不均匀现象及焊接时易氧化、烧穿、产生气孔的工艺难题。采用冲压与拉伸相结合的分段式成型技术，结合特种焊接工艺攻克超薄金属内衬成型工艺技术。 3、小角度特种稳定缠绕成型技术。针对小极孔复合材料高压气瓶的结构设计和缠绕工艺要求，建立了小角度缠绕设计理论和工艺方法，解决传统缠绕工艺不利于碳纤维强度发挥和极孔周围厚度堆积导致封头应力场不均匀的难题。 4、碳纤维复合材料高压气瓶健康监测与可重复使用技术。建立复合材料高压气瓶性能检测平台。监测碳纤维复合材料高压气瓶在重复 使用时的变形情况，进行全寿命监测，预测碳纤维复合材料高压气瓶的工作状态，保证其在服役期的安全性。本项目以碳纤维复合材料高压气瓶整体结构优化设计、超薄金属内衬成型、小角度特种稳定缠绕制备工艺及碳纤维复合材料高压气瓶性能检测技术为主线，建成具有相对稳定生产能力的碳纤维复合材料高压气瓶产业化基地。全面提升促进我国在碳纤维复合材料高压气瓶领域的设计制造水平，保证我国航空航天系统、气体存储领域以及汽车制造行业的需求，促进复合材料压力容器制造产业以及相关产业的技术升级和发展，加快国民经济和国防建设的前进步伐，完全符合国家高技术产业化的指导思想、总体思路和目标要求。 （四）项目所需投资 项目组已投资420万元完成碳纤维复合材料高压气瓶产业化基地厂房的建设工作，厂房建筑面积2400m2，具有年产400支气瓶的生产空间。在此基础上项目组拟建设两条生产线，批量生产碳纤维复合材料高压气瓶，所需投资规模为684万元。 （五）项目对我省产业发展的带动作用及可获得的经济、社会效益 通过本项目的研究，可有效提升我省在超薄金属内衬冲压成型、自动焊接技术、复合材料压力容器加工技术领域的制造水平。同时，结合我省最大的航空复合材料产品研发基地--哈飞集团以及哈尔滨玻璃钢研究院等企业在复合材料制备、飞机设计、汽车制造等方面的优势，形成碳纤维复合材料高压气瓶研发与工程应用的产业链，全面提升促进我省在碳纤维复合材料高压气瓶领域的设计制造水平，促进复合材料压力容器制造产业以及气体能源、新能源汽车等相关产业的技术升级和发展。满足航空航天、潜艇舰船、武器装备、气体存储、交通运输等领域对超轻量化高压容器的需求，为各种类型发动机的性能提升带来积极的促进作用，必将带来巨大的社会效益和经济效益。