JP2003080609A - 特に宇宙ロケット用の高圧タンクの製造方法及び得られたタンク - Google Patents
特に宇宙ロケット用の高圧タンクの製造方法及び得られたタンクInfo
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Abstract
星用の高圧ガス、特にヘリウムのタンクの製造方法を提
供する。 【解決手段】 次のステップにより、タンク1を製造す
る。:− 結晶ポリアミド及びポリエチレンから選択さ
れた単一のプラスチックの内部表皮2の製造、− 繊維
及び樹脂の補強材3の巻き付け、− 必要な誘導弁及び
管を、得られたタンクに備え付けることを含む。
Description
ち上げロケット、人工衛星、観測機等に利用される高圧
ガスタンクに関する。
のエンジン用燃料のように、加圧又は排出され得る製品
を含むタンクを使用する。そのために、これらの加圧又
はこれらの排出を実行すること可能にする高圧ガスタン
クが利用される。このことにより、機械システムが無く
て済み、かつこのような構成によって非常に速く、非常
に正確で、かつ電磁弁に基づく制御手段を必要とする作
動が可能になり、このことはエネルギーを少ししか消費
せず、かつ最小の過剰質量(surmasse)を生じ
る。
無いことのような特殊な考察に答えるべきである。従っ
て、ヘリウムが爆発又は発火の危険の無いことで水素と
特に比較されて、好適には取り上げられる。
素、酸素又は希ガス、ネオン、キセノンが検討され得
る。
楕円状又は円環状の形状を有する。
センサを用いて主タンク内に含まれる製品の容量、例え
ば燃料の場合、推進薬量を測定することを可能にするこ
とである。
の際に消費されたその中味部分が見え、そして残った部
分は他の操縦及び他のエンジンへの補給に役立ってい
る。それ故、温度及び圧力測定から容易に、残量を、従
って残留寿命を判定することは、非常に有用である。
衛星の推進サブシステム加圧装置のより一般的な範囲に
おけるこのような機能性を記載している。
単ではなく、また現在、タンクは完全に金属製である
か、又は核として役立つ金属製内部表皮及び外側の含浸
樹脂繊維のフィラメントワインディングを有する複合材
料製である。
に対する質量利得である。
合金製タンクの製造方法を記載した特許US−A−58
22838に、一例が示されている。
金属製であり、幾つもの機能性を確保している。
さな直径を有し、かつ大部分の材料を高い漏れ率で越え
ることが知られているヘリウムを通さない包装材とな
る。幾つかの金属合金のみが、これほど大きな拡散率と
格闘することを可能にしている。
ち、繊維取り外し及び樹脂重合の作業の際に機械的応力
を受ける。
する取り付けを確実にするための完成タンクの固定具の
定着点としても利用される。
なタンクは、製造が非常に難しいので、多数の不都合を
有する。
から厚さを減少させるために一塊で加工することにあ
り、このことは、非常に長い加工時間、非常に大きな部
分が加工廃棄物の形になる天然素材の著しい消費に至ら
せる。
って組立てられる。このような電子衝撃による赤道溶接
は、難しく、かつ費用が掛かる。
タンクの費用のほぼ半分を構成する。
メートルの直径の大きなタンクに少なくとも関して、鍛
造及び一塊での加工に代わるものは僅かしか無いので、
他の金属又は金属合金の中で探求する際に、依然として
複雑な製造方法にぶつかる。更に、ガスとの適合性の問
題が生じ得るが、このことにより製造業者は、材料とし
てチタンを、非常に高価ではあるが、取り上げるに至
る。
原価のものであることが知られているプラスチックを用
いることであろう。その代わり、プラスチックは知られ
ているが、誰でもそれがヘリウムのような大きな拡散率
を有するガスを通し、かつ損失率が、特に寿命がどちら
かと言えば約10〜15年、更にはそれ以上である人工
衛星のような長期間の運転に関して、重大な障害となる
ことを知っている。実際この場合、圧力が過度に減少す
るだけでなく、ガス漏れは、人工衛星の環境及び特に搭
載機器を混乱させ得る。
にそれだけで気密性を確実にする、ポリマーの第1表皮
を含むタンクを記載している。しかしながらこのように
して得られたタンクは、長期間の貯蔵に対して許容可能
な漏れ率で、ヘリウムのような大きな拡散率を有するガ
スの貯蔵を可能にしない。
用される技術的解決法によって発生した先入観に反し
て、長期間の人工衛星又は観測機のような用途に適合可
能な漏れ率を得ることを可能にする、特別に実施される
タンクの内部表皮の製作にプラスチックが用いられる。
充填及び排出孔を含む、高圧ガス、特にヘリウムのタン
クの製造方法であって、次のステップ: − 局限されたより薄いの領域を得るように、結晶ポリ
アミド及びポリエチレンから選択された単一のプラスチ
ックの内部表皮の押出し/ブロー成形による製造、 − より薄いの領域の一部を覆うことが可能な少なくと
も1つの金属インサートの配置、 − 繊維及び樹脂の補強材の巻き付け、 − 重合、及び − 必要な誘導弁及び管を、得られたタンクに備え付け
ることを含むことを特徴とする方法を対象とする。
造に関して、見切りが、2極間の補剛材を形成する2つ
の特段の厚さを得るようにタンクの赤道に対応する成形
型を利用し、インサートは、2極のレベルに配置され
る。
伸び率を有する樹脂を利用する。
での遅い温度上昇で、同様に遅い冷却を伴い実行され
る。
の薄い領域の配置、 − 厚く巻き付けられ、かつ大きな伸びを有する樹脂を
利用する、均質の複合材から得られる補強材構造の構
成、及び − 補強材構造の内部多孔性を減少させることを可能に
する複合材の重合方法により、5,10−9N.m3/
s未満のヘリウムの漏れ率又は1.16,10
− 13N.m2/bar.sの平均透過率が得られる。
圧タンクの製造方法を、添付図面と対比させて、限定的
でない特殊な実施態様により今から詳細に記載する。
内部表皮2並びに排出及び充填孔4を含む本発明による
タンク1を示した。
クに多くとも等しい質量、5,10 −9N.m3/s未
満の許容可能な漏れ率又は1.16,10−13N.m
2/bar.sの平均透過率を有するプラスチックの内
部表皮を有するタンクを製作することからなる。
特には非常に大きな拡散率を有するヘリウムに好適な、
最小限の地点を有するプラスチックを利用する。
える結晶ポリアミド又はポリエチレンを取り上げること
からなる。
R50HNZタイプの半結晶ポリアミドPA6が挙げら
れる。
で55〜70Mpa − 融点:220℃。
は、押出し/ブロー成形タイプのものである。
筒を製作する。この円筒は次に、ブロー成形によって成
形型の壁に張り付けられる。
5.1及び5.2からなり、見切りは、タンクの赤道に
対応し、タンク1の極の一方のレベルに備えられた排出
及び充填孔4は、2つの部分の一方のレベルに配置され
る。
目標に対応する、正確に抑制された球体のどのような点
においても最小の厚さが得られる。
ほぼ決定されるので、この厚さの抑制は、漏れ率を制御
することを可能にする。
最小の厚さは、追って説明する通り、完全に気密の金属
部品によって部分的に覆われる極のレベルに特に配置さ
れている。
に配置することは、漏れ率を更に良好に制御すること及
びより薄い領域の面積を減少させることを可能にする。
も2つの子午線は、2つの補剛材6.1及び6.2を形
成する内部表皮のその他の部分よりも大きな厚さを有
し、このことは、追って説明する通り、特に巻き付けの
段階の際に、プラスチックの内部表皮の剛性を改良する
ことに寄与する。
744517の教える内容によれば、巻き付けに必要で
ある金属インサート7.1及び7.2をタンクの極のレ
ベルに配置する。
され、かつ接着フィルムによって被覆される。この接着
フィルムは、前記内部表皮2に対する補強材3の巻き付
けの粘着力を改良して、漏れ率を減少させることに寄与
する。
撚られていない12000のフィラメントの例えばTO
RAY(登録商標)のT800タイプの炭素繊維で製作
される。
標)の樹脂B14 M15のような、好ましくは8%を
超える伸びを有する樹脂によって、約30%の率で予め
含浸されていた。好ましい実施態様によれば、繊維は、
2つずつ予め含浸され、かつ24000のフィラメント
を含む繊維は、6つずつ配置される。
有さない先行技術の補強材構造とは反対に、利用材料、
特に大きな伸び率を有する樹脂の部分の本発明の補強材
構造は、タンクの気密性を改良することに寄与する。
各層は、約0.6mmの厚さを有する。好適には、巻き
付けは、継ぎ合わせた繊維を有する平らなタイプであ
り、かつ張力は、おおよその大きさを決める心材(me
che)により最大4daNである。
いるアラミド繊維を主成分とするか、「Vetrote
x」という名称で市販されているグラスファイバを主成
分とするようなその他の材料は、利用され得る。
る、好ましくは11%を超える、かつ好適には約14%
かそれ以上の良好な伸び率を有する、他のタイプの樹脂
を利用できる。
での遅い温度上昇で、同様に遅い冷却を伴い実行され
る。
よって生じる可能性のある変形を最小限にするために約
1〜2バールの相対圧力を得るように内部圧力を受け
る。その上、インサート7.1及び7.2の間の補強材
となる補剛材6.1及び6.2の存在により、巻き付け
によって発生する引張り応力は、変形を引き起こさな
い。
に必要な他の誘導弁及び管を、このようにして得られた
タンクに備え付ける。
性は、 − 内部表皮の厚さの最小値の抑制、 − 金属インサートで被覆されたタンクの極のレベルへ
の薄い領域の配置、 − 厚く巻き付けられ、かつ大きな伸びを有する樹脂を
利用する、均質の複合材から得られる補強材構造の構
成、及び − 補強材構造の内部多孔性を減少させることを可能に
する複合材の重合方法により得られる。
クの特性を挙げることができる。
のタンクが備えられている。
り、かつ公知の例に従って、800〜900mmの内
径、及び400バールの内部圧力を有する300リット
ルの容量を有する。許容可能な圧力損失は、48時間で
0.1バールである。更に、打ち上げロケットの場合、
このようなガス漏れは、発射の間の環境に比べればごく
小さく、かつ人工衛星の場合のように打ち上げロケット
の環境を汚染する危険はないことに気付く。
内部表皮に関し、次のパラメータ: − 81kgのタンクの場合、チタン合金製の内部表皮
に関し、18kgの代わりに約12kgの質量、 − 内部表皮のどのような場所においても少なくとも5
mmである内部表皮の厚さ、 − 16mmの巻き付けの厚さ、 − 5,10−9N.m3/s未満のガス損失、 − 破壊に対し、800バールを超える圧力抵抗が得ら
れる。
が低いガスによっても、その損失率がより小さいに過ぎ
ないので、利用され得る。
で、粉末の加速段噴気コーンの活性化装置中のような作
動油に、このようなタンクを利用することもできる。現
在、このようなタンクは、複合材料の巻き付けを有する
鋼鉄製の内部表皮によって製作される。
3cmの静止衛星に備えられているタンクは、18kg
の重さがあり、厚さ4mmの内部表皮、300バールの
使用圧力、450バールの破裂圧力及び使用圧力に対す
る5,10−9N.m3/sの漏れ率を有する。
裂圧力の半分より大きな使用圧力での宇宙分野に向けら
れ、そのことは、2以下の安全率に対応する。
に、第1のステップにおいて応力に耐えられるチタン製
の内部表皮で、特にチタン製の表皮の厚さで、1つのタ
ンクの寸法を決定する。利用されるプラスチック及びチ
タンの密度間の比を得て、ほぼ同一質量のタンクを得る
ようにプラスチックの内部表皮の厚さを判定することが
できる。
ウムを用いて圧縮されたタンクは、空のチャンバ中に置
かれる。空のポンプ及びチャンバの間で、質量分析計に
より、ガスの量、特にそれを横切り、かつタンクから出
るヘリウムを連続して測定することが可能になる。
5,10−9N.m3/sであり、これは、約5.8,
10−12N.m/Bar.sの表面透過率又は約1.
16,10−13N.m2/bar.sの平均透過率に
対応する。
のより薄い領域に対応する、タンクの極のレベルに配置
された幾つもの充填及び排気孔を含み得る。
内部表皮の断面図である。
道面に沿った内部表皮の断面図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 少なくとも1つの充填及び排出孔(4)
を含む、高圧ガス、特にヘリウムのタンクの製造方法で
あって、次のステップ: − 局限されたより薄いの領域を得るように、結晶ポリ
アミド及びポリエチレンから選択された単一のプラスチ
ックの内部表皮(2)の押出し/ブロー成形による製
造、 − より薄い領域の一部を覆うことが可能な少なくとも
1つの金属インサート(7.1、7.2)の配置、 − 繊維及び樹脂の補強材(3)の巻き付け、 − 重合、及び − 必要な誘導弁及び管を、得られたタンクに備え付け
ることを含むことを特徴とするタンク製造方法。 - 【請求項2】 押出し/ブロー成形による製造に関し
て、見切りが、2極を連結する補剛材(6.1、6.
2)を形成する2つの特段の厚さを得るようにタンクの
赤道に対応する成形型を利用することを特徴とする請求
項1に記載のタンク製造方法。 - 【請求項3】 インサート(7.1、7.2)は、タン
クの2極のレベルに配置されることを特徴とする請求項
2に記載のタンク製造方法。 - 【請求項4】 好ましくは8%を超える大きな伸び率を
有する樹脂を利用することを特徴とする請求項1から3
のいずれかに記載のタンク製造方法。 - 【請求項5】 内部表皮(2)は、巻き付けの際に内部
圧力を受けることを特徴とする請求項1から4のいずれ
かに記載のタンク製造方法。 - 【請求項6】 重合は、数時間で80〜120℃の範囲
までの遅い温度上昇で、同様に遅い冷却を伴い実行され
ることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の
タンク製造方法。 - 【請求項7】 補強材(3)の巻き付けで被覆されたプ
ラスチックの内部表皮(2)を含む高圧ガスタンクであ
って、破裂圧力の半分より大きな使用圧力に対して約
5,10−9N.m3/sの漏れ率又は約1.16,1
0−13N.m 2/Bar.sの平均透過率を有するこ
とを特徴とするガスタンク。 - 【請求項8】 少なくとも1つの金属インサート(7.
1、7.2)によって部分的に覆われたより薄い領域、
並びに重合樹脂及び繊維の巻き付けによって得られる補
強材(3)構造を有する、結晶ポリアミド及びポリエチ
レンから選択されたプラスチックの内部表皮(2)を含
むことを特徴とする請求項7に記載の高圧ガスタンク。 - 【請求項9】 タンクの2極を連結する補剛材(6.
1、6.2)を形成する特段の厚さを含むことを特徴と
する請求項7又は8に記載のガスタンク。 - 【請求項10】 インサート(7.1、7.2)は、各
極のレベルに配置されることを特徴とする請求項9に記
載のガスタンク。 - 【請求項11】 次のパラメータ: − 5,10−9N.m3/s未満のヘリウムの漏れ
率、 − 81キログラムのタンクの全重量に対し、約12キ
ログラムの内部表皮質量、 − 破壊に対し、800バールの圧力抵抗を有すること
を特徴とする請求項7から10のいずれかに記載のガス
タンク。
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