本发明高压气体存储技术领域，具体涉及一种集成有安装接口的复合材料球形气瓶及其制作方法。
背景技术：
复合材料气瓶由于其质量轻、可靠性高、失效模式安全等特点，在航天航空领域得到广泛应用，复合材料球形气瓶本体外观除气口外全部为复合材料结构，常用的焊接或螺接等连接方式无法直接将气瓶安装在气瓶安装装置上。
现有的复合材料球形气瓶通常采用包带结构的安装方式，这种方式附加质量较大，承载能力较小，通常只用于小容积气瓶的安装，在气瓶和贮存介质质量较大时，包带连接结构在气瓶膨胀力和力学载荷作用下，容易出现断裂和失效现象，无法提供安全可靠的安装连接。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种集成有安装接口的复合材料球形气瓶及其制作方法，通过支撑环实现复合材料球形气瓶与气瓶安装装置的可靠连接。
本发明的技术方案如下：
本发明集成有安装接口的复合材料球形气瓶，包括：球形气瓶本体、支撑环和支撑环固定层；
所述支撑环安装在球形气瓶本体赤道圆环位置，内壁与球形气瓶本体贴合；
所述支撑环轴向的一端沿周向加工有两个以上的条形槽，并在外缠绕有支撑环固定层；通过高温固化所述支撑环固定层将支撑环和球形气瓶本体形成一体；
所述支撑环轴向的另一端沿周向均匀设置两个以上具有弹性的安装耳片；所述安装耳片用于为气瓶提供安装接口，所述安装耳片彼此之间不连接。
其中，所述支撑环的部分条形槽上设有圆孔，设有圆孔的条形槽与其余条形槽间隔分布。
其中，所述球形气瓶本体包括内衬和复合层，所述内衬为球形，用于密封贮存气体，并为复合层缠绕提供芯模，所述复合层缠绕在内衬外表面，用于承担气瓶全部内压载荷。
较佳地，所述内衬为钛合金薄壁焊接结构；所述复合层为碳纤维t1000和环氧树脂组成的碳纤维/环氧树脂复合层。
较佳地，所述支撑环固定层的材料纤维/环氧树脂。
其中，所述气瓶安装接口为螺纹安装孔。
本发明还提供了一种集成有安装接口的复合材料球形气瓶的制作方法，包括如下步骤：
步骤1，进行气瓶内衬加工，得到气瓶的球形内衬；
步骤2，在球形内衬外侧缠绕复合层，得到球形气瓶本体；
步骤3，加工支撑环:支撑环轴向的一端沿周向加工有两个以上的条形槽,另一端沿周向均匀设置有两个以上具有弹性的安装耳片作为安装接口；
步骤4，并通过工装将加工好的支撑环内径撑开约20mm后移动到球形气瓶本体赤道处位置；当支撑环到达气瓶赤道圆时，取下工装，支撑环收缩与球形气瓶本体抱紧；
步骤5，在支撑环外部用支撑环固定层将支撑环与球形气瓶本体固定；
步骤6，对支撑环固定层进行高温固化，使得支撑环和球形气瓶本体形成一体，得到集成有安装接口的复合材料球形气瓶。
有益效果：
本发明提供的集成有安装接口的复合材料球形气瓶及其制作方法中，支撑环安装在球形气瓶赤道圆环位置，通过高温固化的碳纤维/环氧树脂将球形气瓶本体与支撑环固化为一个整体，并且支撑环上设有气瓶安装接口，通过支撑环实现复合材料球形气瓶与气瓶安装装置的可靠连接，支撑环承载能力强、附加质量小，能够满足航天航空对气瓶高性能要求。
附图说明
图1为本发明一种集成有安装接口的复合材料球形气瓶结构图。
图2为本发明的支撑环的平面示意图。
图3为本发明支撑环的局部细节结构图。
其中，1-钛合金内衬，2-碳纤维/环氧树脂复合层，3-支撑环，4-支撑环固定层，5-安装耳片，6-气瓶安装接口。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例利用碳纤维/环氧树脂将支撑环与球形气瓶本体连接，解决了复合材料气瓶与支撑环连接的难题。本实施例公开的一种集成有安装接口的复合材料球形气瓶，如图1所示，包括球形气瓶本体、支撑环3和支撑环固定层4。
球形气瓶本体包括钛合金内衬1和碳纤维/环氧树脂复合层2，所述钛合金内衬1用于密封贮存气体，并为集成有安装接口的提供芯模，所述碳纤维/环氧树脂复合层2缠绕在钛合金内衬外表面，用于承担气瓶全部内压载荷。所述钛合金内衬1为薄壁焊接结构，壁厚为0.8mm，直径为1088mm。所述碳纤维/环氧树脂复合层2为碳纤维t1000和环氧树脂，碳纤维t1000由于其有很高的抗拉强度，在复合材料气瓶中广泛使用，环氧树脂用于碳纤维间的粘接。
支撑环3安装在球形气瓶赤道圆环位置，能够承担气瓶的静力载荷和动力载荷，并且支撑环3设有气瓶安装接口6。所述支撑环3通过安装耳片5为气瓶提供安装接口6，支撑环3如图2所示。本实施例中，所述支撑环3上设有24个安装耳片5，在每个安装耳片5上有m8螺纹安装孔，作为气瓶安装接口6，安装耳片细节图如图3所示。由于气瓶在加压状态下发生膨胀变形，径向膨胀量约为5.5mm，为了消除膨胀量对安装耳片所在圆的外径的影响，需要每个安装耳片均具有一定的弹性，因此安装耳片5彼此之间不能连接在一起，即在支撑环沿周向均匀设置两个以上各自独立的安装耳片5，便于与系统的安装，同时也能减轻支撑环3的一部分重量。由于球形气瓶本体为球形结构，支撑环3内壁与球形气瓶本体接触部位曲面形状一致，也为球面结构。为了支撑环3在安装时便于通过气瓶赤道圆，在支撑环3上沿周向开有96条形槽，使支撑环3在环向有一定的弹性。
支撑环固定层4为碳纤维/环氧树脂，通过高温固化的碳纤维/环氧树脂将球形气瓶本体与支撑环3固化为一个整体，实现支撑环3与球形气瓶本体的可靠连接。同时，为了提高支撑环3与球形气瓶本体的连接性能，在支撑环3上开有48个φ15mm圆孔，将支撑环固定层4高温固化时，通过圆孔增加了支撑环固定层4与球形气瓶本体的粘接面积，提高了气瓶的抗力学能力。
所述球形气瓶本体也可以采用其他材料的内衬和复合层，内衬能够密封贮存气体，并为集成有安装接口的提供芯模即可，内衬一般为金属或合金材料；复合层能承担气瓶的全部内压载荷即可。
本实施例还提供了一种集成有安装接口的复合材料球形气瓶的制作方法，包括如下步骤：
步骤1，进行气瓶内衬加工，得到气瓶的球形内衬；
步骤2，在球形内衬外侧缠绕复合材料碳纤维/环氧树脂，得到球形气瓶本体；
步骤3，加工支撑环3:支撑环3轴向的一端沿周向加工有两个以上的条形槽,另一端沿周向均匀设置有两个以上具有弹性的安装耳片5作为安装接口6；
通过工装将加工好的支撑环3内径撑开约20mm后移动到球形气瓶本体赤道处位置；当支撑环3到达气瓶赤道圆时，取下工装，支撑环3收缩与球形气瓶本体抱紧；
步骤4，在支撑环3外部用碳纤维/环氧树脂将支撑环3与球形气瓶本体固定；
步骤5，对气瓶进行高温固化，使得支撑环3和球形气瓶本体形成一体，得到集成有安装接口的复合材料球形气瓶。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。