姿軌控動力系統復合材料主承力結構的設計與試驗

姜丹丹，任建軍，劉佳鑫

(1.上海空間推進研究所，上海 201112； 2.上海空間發動機工程技術研究中心，上海 201112；3.長春長光宇航復合材料有限公司，長春 130000)

0 引言

隨著航天領域科學技術的不斷創新與進步，輕質化、小型化、集成化要求成為現代航天器重要的設計原則。液體姿軌控動力系統作為航天器的重要分系統之一，其輕質化的設計可以提高航天器運載能力、增大有效載荷、減少推進劑耗量等。對于航天器而言，液體姿軌控動力系統一般安裝布置于總體提供的艙段內，空間緊湊，對系統結構設計要求越來越高。

某液體姿軌控動力系統主承力結構若仍采用金屬材料，如鋁、鎂合金，通過機械加工一體成型，在保證結構強度、剛度的前提下，則減少質量設計效果不明顯，不能滿足輕質化設計要求。此外，受飛行環境中高溫環境的影響，型號對主承力結構提出了耐高溫的性能要求。

針對上述問題，通過采用復合材料替代金屬材料，其比強度、比模量均優于金屬材料，可減少質量約30%，同時在使用溫度范圍內，復合材料模量保持率在95%以上，而鎂、鋁合金的高溫模量保持率不超過85%。在進行設計時，由于復合材料具有可設計性和各向異性的特點，可通過組分材料的選擇和匹配以及界面控制等材料設計手段，最大限度地滿足工程結構設計使用性能，同時可以通過合理設計消除材料冗余，提升結構效率、減小結構應力水平,達到結構進一步減重的效果。

目前樹脂基復合材料已廣泛應用于航空航天領域的結構組件中，樹脂基復合材料中的增強纖維主要包括碳纖維和芳綸纖維等，樹脂基體主要包括環氧樹脂、氰酸酯樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂等。……