Un recipiente a presión envuelto en material compuesto (COPV) es un recipiente que consta de un revestimiento delgado no estructural envuelto con un compuesto de fibra estructural , diseñado para contener un fluido bajo presión. El revestimiento proporciona una barrera entre el fluido y el material compuesto, evitando fugas (que pueden ocurrir a través de microfisuras en la matriz que no causan fallas estructurales) y la degradación química de la estructura. En general, se aplica una carcasa protectora para proteger contra daños por impacto. [1] [2] Los compuestos más utilizados son los polímeros reforzados con fibra (FRP), [3] que utilizan carbono yfibras de kevlar . La principal ventaja de una COPV en comparación con un recipiente a presión metálico de tamaño similar es su menor peso, pero esto puede compensarse con los mayores costos de fabricación y certificación.
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Descripción general
Un recipiente a presión envuelto en material compuesto (COPV) es un recipiente que contiene presión, típicamente compuesto por un revestimiento metálico, una envoltura compuesta y uno o más salientes. [4] Se utilizan en vuelos espaciales debido a su alta resistencia y bajo peso. [5]
Durante el funcionamiento, los COPV se expanden desde su estado sin presión. [6]
Fabricación
Durante la fabricación, los COPV se someten a un proceso llamado autofrettage . La unidad se presuriza y se permite que el revestimiento se deforme plásticamente (permanentemente). Entra en contacto con la envoltura y da como resultado un aumento de volumen permanente. Una de las razones para autoenfrentar un recipiente es verificar que el aumento de volumen en los recipientes a presión en una línea de productos permanezca dentro de la familia. Los datos de fuera de la familia podrían indicar posibles daños a la embarcación. [5] [7]
Pruebas
Varios ensayos e inspecciones se realizan en COPVs, incluyendo ensayo de rotura , tiempo de vida de rotura por fatiga , y la evaluación no destructiva . [8] [9]
Envejecimiento
Tres componentes principales afectan la resistencia de los COPV debido al envejecimiento: fatiga del ciclo, vida útil de la envoltura y vida útil de ruptura por tensión. [4]
Fracasos
Los COPV pueden estar sujetos a un modo complejo de fallas. En 2016, un SpaceX Falcon 9 cohete explotó en la plataforma debido al fallo de un COPV el interior del tanque de oxígeno líquido: [10] el fracaso se debió a la acumulación de oxígeno entre revestimiento de aluminio del COPV y de la envoltura de material compuesto en un vacío o hebilla. El oxígeno atrapado puede romper las fibras de la envoltura o causar fricción entre las fibras a medida que se hincha, encendiendo las fibras en el oxígeno puro y provocando que la COPV falle. Una falla similar ocurrió en 2015 en el CRS-7 cuando estalló el COPV, lo que provocó que el tanque de oxígeno se sobrepresurizara y explotara a los 139 segundos de vuelo.
Ver también
- Cilindro de gas : recipiente cilíndrico para almacenar gas presurizado
- Depósito de combustible
- Tanque de hidrógeno - Contenedor para almacenamiento de hidrógeno
- Motor de grafito-epoxi
Referencias
- ^ Carcasas protectoras para recipientes a presión con envoltura compuesta
- ^ Recipiente a presión recubierto de material compuesto revestido de metal
- ^ UN SISTEMA DE CONTROL DE LA SALUD ESTRUCTURAL PARA RECIPIENTES COMPUESTOS A PRESIÓN
- ^ a b Russel, Rick. "Prueba de rotura por tensión de recipientes a presión sobreenvueltos compuestos (COPV). Parte 2" (PDF) . NASA . Consultado el 25 de mayo de 2018 .
- ^ a b Kezirian, Michael T. "Recipientes a presión sobreenvueltos compuestos (COPV): Justificación del vuelo para el programa del transbordador espacial" (PDF) . AIAA . Consultado el 24 de mayo de 2018 .
- ^ Tam, Walter H. "DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN CONJUNTO DE DEPÓSITO A PRESIÓN COMPUESTO ENVUELTO" (PDF) . AIAA . Archivado desde el original (PDF) el 25 de mayo de 2018 . Recuperado el 24 de mayo de 2018 , a través de Orbital ATK.
- ^ Pat B. McLaughlan; Scott C. Forth; Lorie R. Grimes-Ledesma (marzo de 2011). "Recipientes a presión recubiertos de material compuesto, una cartilla" (PDF) . NASA . Archivado desde el original (PDF) el 21 de abril de 2015.
- ^ Pruebas de embarcaciones Archivado el 5 de septiembre de 2008 en la Wayback Machine.
- ^ "Pruebas de vida útil de rotura por tensión" . Archivado desde el original el 27 de mayo de 2010 . Consultado el 20 de octubre de 2008 .
- ^ "SpaceX anuncia el papel de COPV en la explosión del cohete de septiembre" . 01/02/2017 .