NCC 的全复合 V 型坦克展示了未来的复合太空坦克技术

国家复合材料中心（NCC，英国布里斯托尔）在航空航天制造商 Thales Alenia Space（法国戛纳）的行业指导下，在 SpaceTank 项目下制造了一种全复合材料无衬里（V 型）坦克演示器。据说它是用于运载火箭和卫星推进剂罐的代表，与目前使用的传统金属推进剂罐相比，估计重量减轻了 30%。 NCC 已经证明了这一点，以吸引英国对制造复合材料坦克的兴趣，以满足未来的空间推进需求。据 NCC 称，该展示项目展示了先进的复合材料技术如何通过减轻油箱的结构重量和降低卫星发射成本，在未来的空间推进工程结构中发挥重要作用（下载案例研究的 PDF 文件）。

SpaceTank 项目的总体目标是开发低温压力容器制造和检查所需的英国研发工具。更具体地说，这个为期一年的项目专注于开发一种新的制造解决方案，用于容纳低温推进剂的坦克。

航天工业认识到复合材料在太空中的关键作用，一些公司已经在探索它们在太空罐设计中的应用。例如，Virgin Orbit（美国加利福尼亚州长滩）和 RocketLab（新西兰奥克兰）都开发并展示了复合材料坦克作为 Launcher One 的金属替代品 和电子 分别是火箭。在澳大利亚，Omni Tanker (Smeaton Grange) 和合作伙伴正在寻求开发复合无内衬液氢罐 (LH2) 并将其商业化，而在欧洲，MT Aerospace（德国奥格斯堡）正在开发材料和制造方法并进行测试用于新型火箭燃料箱。 NCC SpaceTank 项目有望使英国成为该领域的主要参与者。

创建的 NCC SpaceTank 演示器长 750 毫米，直径为 450 毫米，流体存储容量超过 96 升。它的设计和制造标称壁厚为 4.0-5.5 毫米，使油箱能够承受 85 巴的加​​压推进剂。碳纤维复合材料主体由 8 公斤材料组成，但根据 NCC 的说法，与所有工程结构一样，SpaceTank 有更多机会进一步优化这种减重。此外，NCC SpaceTank 的压力等级可以通过使用更高强度的碳纤维和增加复合材料的厚度来增加。或者，SpaceTank 可以通过使用更薄和更低刚度的复合材料来优化重量和成本，以适应更低压力的应用。

在 SpaceTank 项目期间，NCC 团队开发了一种创新方法，将金属流体阀端口添加到可清洗工具中，从而无需进行最终产品所需的任何二次组装和粘合操作。这些流体阀端口被固定在新型工具中，使它们能够在制造过程的后期共同粘合到碳纤维上。

该罐的主体采用 SHD Composites（美国北卡罗来纳州穆尔斯维尔）提供的 MTC510 环氧碳纤维预浸料，胶带宽度为 300 毫米。 MTC510 是一种环氧树脂体系，专门设计用于在 80°C 到 120°C 之间固化，并经过增韧以提高其损伤容限。

这种材料是由 Bindatex（英国博尔顿）为 SpaceTank 制造过程准备的，该公司还对胶带进行了窄幅精密切割，并以 6.35 毫米的格式返回了 22,000 米（约 72,178 英尺）的材料。 NCC 要求在其科里奥利（法国奎文）自动纤维铺放 (AFP) 制造单元中使用。

使用科里奥利 AFP 系统的张紧丝缠绕操作将切开的胶带沉积到可清洗工具上。 NCC 工程师使用 Material 的 Cadwind（比利时布鲁塞尔）纤维缠绕软件设计的螺旋缠绕和环箍缠绕组合用于沉积超过 24 层的材料，达到标称 5.5 毫米的厚度。此处使用的缠绕厚度和方向/角度仅用于演示； NCC 可以增加或减少复合材料壁厚并改变缠绕角度和层板结构，以针对特定压力或负载要求充分优化储罐。

材料沉积后，立即检查 NCC SpaceTank 是否存在缺陷和厚度变化。然后将其在 100°C 下高压灭菌，然后重新检查。固化后使用超声波 C 扫描和热成像无损检测 (NDT) 检测技术，并比较和对比这些方法是否适合检测未来储罐的分层和孔隙等缺陷。最后，完成无损检测质量评估后，用加压冷水冲洗内部模具芯，使内槽空腔。

据 NCC 称，事实证明无衬里 SpaceTank 的模具技术很困难，这导致与 AeroConsultants（英国亨廷顿）合作开发了一种使用该公司 Aqua 水溶性芯材的铸造工艺。成品工具具有一个集中的阳芯，标称壁厚为 30 毫米，它被分为两部分浇铸，然后粘合。该工具具有三个（可清洗）内部加强环，这些加强环的设计和制造有助于承受自动复合材料铺层过程中预期的扭转载荷和高压釜固化过程中施加的压力。

NCC 的这一演示现在为英国未来的推进剂储罐开发提供了研究基础，并有助于支持英国新的复合材料储罐制造组件和设备供应链。

据报道，该领域未来的研究活动还将支持英国在全球太空经济中所占份额增加 5%。英国政府 2021 年 5 月的一份报告显示，英国航天工业收入从 2016/2017 年的 148 亿英镑增加到 2018/2019 年的 164 亿英镑。英国航天局的总结报告还强调，过去两年（2019-2021 年），英国航天部门创造了 3,000 多个工作岗位。