Recipient sota pressió embolicat en material compost

Un recipient sota pressió embolicat en material compost, de l'anglès composite overwrapped pressure vessel (COPV) és un recipient format per un revestiment prim i no estructural embolicat amb un compost de fibra estructural, dissenyat per mantenir un fluid sota pressió. El revestiment proporciona una barrera entre el fluid i el compost, evitant fuites (que poden produir-se a través de microesquerdes de matriu que no causen fallades estructurals) i la degradació química de l'estructura. En general, s'aplica una carcassa protectora per protegir-lo contra els danys causats per impactes.[1][2] Els compostos més utilitzats són els polímers reforçats amb fibra (FRP),[3] que empren fibres de carboni i kevlar. L'avantatge principal d'un COPV en comparació amb un recipient a pressió metàl·lic de mida similar és un pes inferior, però això es pot compensar amb l'augment dels costos de fabricació i certificació.

Casing of the Altair rocket stage, essentially a fiberglass composite overwrapped pressure vessel

Visió general

Un recipient a pressió amb embolcall compost (COPV) és un recipient que conté pressió, típicament compost per un revestiment metàl·lic, un embolcall compost i una o més bosses.[4] S'utilitzen en vols espacials per la seva alta resistència i el seu baix pes.[5]

Durant el funcionament, els COPV s'expandeixen des del seu estat sense pressió.[6]

Fabricació

Durant la fabricació, els COPV sofreixen un procés anomenat autofrettage. La unitat està pressuritzada i es permet que el revestiment es deformi plàsticament (permanentment). Entra en contacte amb l'embolcall i provoca un augment permanent del volum. Una de les raons per a l'autofrettage d'un recipient és verificar que l'augment de volum dels recipients a pressió d'una línia de productes es mantingui dins de la família. Les dades de fora de la família podrien indicar possibles danys al recipient.[5][7]

Proves

Es realitzen diverses proves i inspeccions en els COPV, inclosa la prova de trencament, la vida útil del trencament per tensió i l'avaluació no destructiva.[8][9]

Envelliment

Tres components principals afecten la força del COPV a causa de l'envelliment: fatiga del cicle, vida envellida de l'embolcall i vida de ruptura per estrès.[4]

Fracassos

Els COPV poden estar subjectes a un mode complex d'errors. El 2016, un coet SpaceX Falcon 9 va explotar a la plataforma a causa de la fallada d'un COPV dins del tanc d'oxigen líquid:[10] l'error va resultar de l'acumulació d'oxigen entre el revestiment d'alumini del COPV i l'embolcall compost en un buit o sivella. L'oxigen atrapat pot trencar les fibres de l'embolcall o provocar friccions entre les fibres quan s'infla, encenent les fibres a l'oxigen pur i provocar que el COPV falli.

Vegeu també

  • Cilindre de gas - Recipient cilíndric per emmagatzemar gas a pressió
  • Dipòsit de combustible
  • Dipòsit d'hidrogen - Recipient per emmagatzemar hidrogen
  • Graphite-Epoxy Motor

Referències

  1. ↑ Protective shells for composite overwrapped pressure vessels
  2. ↑ Metal-Lined Composite-Overwrapped Pressure Vessel
  3. ↑ A STRUCTURAL HEALTH MONITORING SYSTEM FOR COMPOSITE PRESSURE VESSELS
  4. ↑ 4,0 4,1 «Composite Overwrapped Pressure Vessels (COPV) Stress Rupture Test. Part 2». NASA.
  5. ↑ 5,0 5,1 «Composite Overwrapped Pressure Vessels (COPV): Flight Rationale for the Space Shuttle Program».
  6. ↑ «DESIGN AND MANUFACTURE OF A COMPOSITE OVERWRAPPED PRESSURANT TANK ASSEMBLY». Arxivat de l'original el 25 de maig 2018.
  7. ↑ ; Scott C. Forth; Lorie R. Grimes-Ledesma«Composite Overwrapped Pressure Vessels, A Primer». NASA, març 2011. Arxivat de l'original el 2015-04-21.
  8. ↑ Vessel Testing Arxivat 2008-09-05 a Wayback Machine.
  9. ↑ «Stress-rupture lifetime testing». Arxivat de l'original el 2010-05-27.
  10. ↑ «SpaceX announces COPV’s role in September rocket explosion». 01/02/2017.