وعاء ضغط مركب مغلف

وعاء الضغط المغلف المركب (COPV) هو وعاء يتكون من بطانة رقيقة غير هيكلية ملفوفة بمركب ألياف هيكلية ، ومصمم لحمل السائل تحت الضغط. توفر البطانة حاجزًا بين السائل والمركب، مما يمنع التسربات (التي يمكن أن تحدث من خلال الشقوق الدقيقة في المصفوفة والتي لا تسبب فشلًا هيكليًا) والتدهور الكيميائي للهيكل. بشكل عام، يتم تطبيق غلاف واقٍ للحماية من أضرار الصدمات. ^[1]^[2] المركبات الأكثر استخدامًا هي البوليمرات المقواة بالألياف (FRP)، ^[3] باستخدام ألياف الكربون والكيفلار . الميزة الأساسية لوعاء الضغط المغلف المركب مقارنةً بوعاء الضغط المعدني ذي الحجم المماثل هي الوزن المنخفض؛ ومع ذلك، تحمل أوعية الضغط المغلفة المركب تكلفة تصنيع وشهادة متزايدة.

ملخص

وعاء الضغط المغلف المركب (COPV) هو وعاء يحتوي على ضغط، ويتكون عادةً من بطانة معدنية، وغلاف مركب، وواحد أو أكثر من النتوءات . ^[4] يتم استخدامها في رحلات الفضاء بسبب قوتها العالية ووزنها المنخفض. ^[5]

أثناء التشغيل، تتمدد صمامات الضغط السطحي من حالتها غير المضغوطة. ^[6]

تصنيع

يتم تصنيع COPVs بشكل شائع عن طريق لف شريط ألياف عالي القوة مشبع بالراتنج مباشرة على بطانة معدنية أسطوانية أو كروية. يضع الروبوت الشريط بحيث تكون الألياف مستقيمة ولا تتقاطع أو تنثني، مما قد يؤدي إلى تركيز إجهاد في الألياف، ويضمن أيضًا وجود فجوات أو فراغات ضئيلة بين الأشرطة. ثم يتم تسخين الوعاء بالكامل في فرن يتم التحكم في درجة حرارته من أجل تصلب الراتينج المركب.

أثناء التصنيع، تخضع الأوعية المضغوطة ذات الضغط العالي لعملية تسمى الضغط التلقائي . يتم ضغط الوحدة ويتمدد البطانة ويتشوه بشكل بلاستيكي (دائمًا)، مما يؤدي إلى زيادة دائمة في الحجم. ثم يتم تخفيف الضغط وتنقبض البطانة بمقدار صغير، حيث يتم تحميلها بالضغط بواسطة الغلاف الزائد بالقرب من نقطة الخضوع للضغط. يعمل هذا الإجهاد المتبقي على تحسين عمر الدورة. سبب آخر للضغط التلقائي للوعاء هو التأكد من أن الزيادة في الحجم عبر أوعية الضغط في خط إنتاج تظل ضمن النطاق المتوقع. يمكن أن يشير نمو الحجم الأكبر من المعتاد إلى عيوب التصنيع مثل فراغات الغلاف الزائد، أو تدرج الإجهاد العالي عبر طبقات الغلاف الزائد، أو أي ضرر آخر. ^[5]^[7]

الاختبار

يتم إجراء العديد من الاختبارات والفحوصات على صمامات الضغط السطحي، بما في ذلك الاختبارات الهيدروستاتيكية ، وعمر مقاومة الإجهاد، والتقييم غير المدمر . ^[8]^[9]

شيخوخة

هناك ثلاثة مكونات رئيسية تؤثر على قوة صمامات الضغط بسبب الشيخوخة: إجهاد الدورة، وعمر الغلاف الخارجي، وعمر تمزق الإجهاد. ^[4]

الفشل

يمكن أن تخضع COPVs لأنماط معقدة من الفشل. في عام 2016، انفجر صاروخ SpaceX Falcon 9 على المنصة بسبب فشل COPV داخل خزان الأكسجين السائل: ^[10] نتج الفشل عن تراكم الأكسجين الصلب المجمد بين بطانة COPV المصنوعة من الألومنيوم واللفافة المركبة في فراغ أو انحناء. يمكن للأكسجين المحبوس أن يكسر ألياف اللفافة أو يسبب احتكاكًا بين الألياف أثناء انتفاخه، مما يؤدي إلى اشتعال الألياف في الأكسجين النقي والتسبب في فشل COPV. حدث فشل مماثل في عام 2015 على CRS-7 عندما انفجر COPV، مما تسبب في زيادة ضغط خزان الأكسجين وانفجاره بعد 139 ثانية من الطيران.

انظر أيضا

اسطوانة غاز – حاوية اسطوانية لتخزين الغاز المضغوط
خزان الوقود – حاوية آمنة للسوائل القابلة للاشتعال، على سبيل المثال، لمركبة أو سخان زيت
خزان الهيدروجين
محرك الجرافيت الايبوكسي – معزز الصواريخ الصلبة الأمريكي

مراجع

^ "أغلفة واقية لأوعية الضغط المغطاة بمواد مركبة". مؤرشف من الأصل في 2021-10-01 . تم الاسترجاع في 2008-10-20 .
^ ديلاي، توم (مارس 2005). صنع وعاء ضغط مبطن بمواد مركبة ومغلف بطبقة معدنية (PDF) (تقرير فني). ناسا . hdl :2060/20110014768. مؤرشف من الأصل (PDF) في 30 أغسطس 2024. تم الاسترجاع في 1 أكتوبر 2021 .
^ لونغ، برايان سي. (2005). نظام مراقبة الصحة الهيكلية لأوعية الضغط المركبة (أطروحة الماجستير). جامعة ساسكاتشوان . hdl :10388/etd-04042005-133006. مؤرشف من الأصل في 30 أغسطس 2024. تم الاسترجاع في 15 يناير 2024 .
^ ab Russel, Rick; Flynn, Howard; Forth, Scott; Greene, Nathanael; Kezirian, Michael; Varanauski, Don; Leifeste, Mark; Yoder, Tommy; Woodworth, Warren (10 مايو 2010). اختبار تمزق الإجهاد للأوعية المضغوطة المغلّفة المركبة (COPV). الجزء 2 (PDF) (تقرير فني). ناسا . hdl :2060/20110003996. مؤرشف من الأصل (PDF) في 31 أكتوبر 2021. تم الاسترجاع في 25 مايو 2018 .
^ ab Kezirian, Michael T.; Johnson, Kevin L.; Phoenix, Stuart L. (27 September 2011). Composite Overwrapped Pressure Vessels (COPV): Flight Rationale for the Space Shuttle Program (PDF) . مؤتمر ومعرض AIAA SPACE 2011. لونغ بيتش، كاليفورنيا: AIAA . hdl :2060/20110015972. مؤرشف من الأصل (PDF) في 17 مارس 2024 . تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 .
^ تام، والتر هـ. "تصميم وتصنيع مجموعة خزان الضغط المغلف المركب" (PDF) . AIAA . مؤرشف من الأصل (PDF) في 25 مايو 2018. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 – عبر Orbital ATK.
^ بات ب. ماكلوغلان؛ سكوت سي. فورث؛ لوري ر. جرايمز-ليديسما (مارس 2011). "أوعية الضغط المركبة المغلفة، مقدمة" (PDF) . ناسا . مؤرشف من الأصل (PDF) في 21 أبريل 2015.
^ اختبار الأوعية محفوظ في 2008-09-05 على موقع Wayback Machine
^ Grimes-Ledesma, Lorie; Phoenix, S. Leigh; Beeson, Harold; Yoder, Tommy; Greene, Nathaniel (17 September 2017). اختبار عمر إجهاد تمزق الأوعية المضغوطة المغلفة بألياف الكربون المركبة. المؤتمر الفني السنوي الحادي والعشرون للجمعية الأمريكية للمركبات المركبة. ديربورن، ميشيغان: ASTM International . hdl :2014/39869. مؤرشف من الأصل في 30 أغسطس 2024. تم الاسترجاع في 20 أكتوبر 2008 .
^ "سبيس إكس تعلن عن دور COPV في انفجار صاروخ سبتمبر". 01/02/2017 . مؤرشف من الأصل في 2018-06-14 . تم الاسترجاع 2018-11-30 .

Original text

Rate this translation

Your feedback will be used to help improve Google Translate

[1] "أغلفة واقية لأوعية الضغط المغطاة بمواد مركبة". مؤرشف من الأصل في 2021-10-01 . تم الاسترجاع في 2008-10-20 .

[mfs-31814-2] ديلاي، توم (مارس 2005). صنع وعاء ضغط مبطن بمواد مركبة ومغلف بطبقة معدنية (PDF) (تقرير فني). ناسا . hdl :2060/20110014768. مؤرشف من الأصل (PDF) في 30 أغسطس 2024. تم الاسترجاع في 1 أكتوبر 2021 .

[3] لونغ، برايان سي. (2005). نظام مراقبة الصحة الهيكلية لأوعية الضغط المركبة (أطروحة الماجستير). جامعة ساسكاتشوان . hdl :10388/etd-04042005-133006. مؤرشف من الأصل في 30 أغسطس 2024. تم الاسترجاع في 15 يناير 2024 .

[srtp2-4] Russel, Rick; Flynn, Howard; Forth, Scott; Greene, Nathanael; Kezirian, Michael; Varanauski, Don; Leifeste, Mark; Yoder, Tommy; Woodworth, Warren (10 مايو 2010). اختبار تمزق الإجهاد للأوعية المضغوطة المغلّفة المركبة (COPV). الجزء 2 (PDF) (تقرير فني). ناسا . hdl :2060/20110003996. مؤرشف من الأصل (PDF) في 31 أكتوبر 2021. تم الاسترجاع في 25 مايو 2018 .

[frss-5] Kezirian, Michael T.; Johnson, Kevin L.; Phoenix, Stuart L. (27 September 2011). Composite Overwrapped Pressure Vessels (COPV): Flight Rationale for the Space Shuttle Program (PDF) . مؤتمر ومعرض AIAA SPACE 2011. لونغ بيتش، كاليفورنيا: AIAA . hdl :2060/20110015972. مؤرشف من الأصل (PDF) في 17 مارس 2024 . تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 .

[6] تام، والتر هـ. "تصميم وتصنيع مجموعة خزان الضغط المغلف المركب" (PDF) . AIAA . مؤرشف من الأصل (PDF) في 25 مايو 2018. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 – عبر Orbital ATK.

[7] بات ب. ماكلوغلان؛ سكوت سي. فورث؛ لوري ر. جرايمز-ليديسما (مارس 2011). "أوعية الضغط المركبة المغلفة، مقدمة" (PDF) . ناسا . مؤرشف من الأصل (PDF) في 21 أبريل 2015.

[8] اختبار الأوعية محفوظ في 2008-09-05 على موقع Wayback Machine

[asc-astm-20170917-9] Grimes-Ledesma, Lorie; Phoenix, S. Leigh; Beeson, Harold; Yoder, Tommy; Greene, Nathaniel (17 September 2017). اختبار عمر إجهاد تمزق الأوعية المضغوطة المغلفة بألياف الكربون المركبة. المؤتمر الفني السنوي الحادي والعشرون للجمعية الأمريكية للمركبات المركبة. ديربورن، ميشيغان: ASTM International . hdl :2014/39869. مؤرشف من الأصل في 30 أغسطس 2024. تم الاسترجاع في 20 أكتوبر 2008 .

[10] "سبيس إكس تعلن عن دور COPV في انفجار صاروخ سبتمبر". 01/02/2017 . مؤرشف من الأصل في 2018-06-14 . تم الاسترجاع 2018-11-30 .