一种应变监控二维缠绕复合材料水下航行器壳体及其制备方法

摘要

本发明公开了一种应变监控二维缠绕复合材料水下航行器壳体及其制备方法。该水下航行器的壳体由内到外分为金属密封层、刚性强度层、耐腐蚀层三个部分，其中金属密封层表面采用多种碳纤维混杂组合方式制备刚性强度层，使得复合材料水下航行器壳体可以适应不同复杂的水下环境，通过短切纤维增强树脂基体复合材料制备耐腐蚀层，使得表面不仅具有耐海水腐蚀的特点，同时通过短切纤维的增强作用使得该腐蚀层的结合强度达到提升，有效保证使用寿命。二维缠绕复合材料刚性强度层结构中的光纤或应变片等不同形式的应变感应器的嵌入使用，可有效感知整个壳体结构或结构内层在高外压条件下的微小应变，达到实时监控水下航行器壳体的服役状态变化。

权利要求

1.一种应变监控二维缠绕复合材料水下航行器壳体结构，其采用多层结构组成，水下航行器壳体的基本外型为圆筒状，由内到外依次为金属密封层、刚性强度层、耐腐蚀层；

金属密封层由合金制成；

刚性强度层由浸渍热固性树脂后的高性能混杂碳纤维均匀缠绕至金属密封层表面制得；其中，高性能混杂碳纤维采用高强度碳纤维与高模量碳纤维通过并纱工艺混合缠绕制成，混杂碳纤维中高强度碳纤维与高模量碳纤维的混合比例在2:1到8:1之间调节；

高强度碳纤维选用T300、T700、T800中的任意一种，高模量碳纤维选用MJ40、MJ60中的任意一种；

所用的热固性树脂为不饱和聚酯树脂；

浸渍热固性树脂后的高性能混杂碳纤维以3度到50度之间的角度均匀缠绕至金属密封层表面；

刚性强度层的树脂含量为30-60％；

耐腐蚀层由短切纤维增强树脂基复合材料制成，树脂基为改性热固性树脂；其中，所述短切纤维选用碳化硅纤维、氮化硼纤维、氧化铝纤维、玄武岩纤维中的一种的或多种组合；

耐腐蚀层中树脂含量为30-60％；

短切纤维的长度为10-40mm；

改性热固性树脂为热塑性树脂共混改性的热固性树脂；热塑性树脂共混改性的热固性树脂中，热固性树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种；

热塑性树脂选用聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚中的任意一种；刚性强度层中置入一个或多个应变感应装置；

所述的应变感应装置为应变式传感器；

应变感应装置置入刚性强度层中，置入形式选用光纤混杂碳纤维缠绕的方式引入。

2.根据权利要求1所述的水下航行器壳体结构，其特征在于，所述金属密封层的材质为高强不锈钢、铝合金、钛合金中的任意一种；

或者，金属密封层表面采用界面改性剂进行粗糙化处理；所述的金属密封层的界面粗糙化处理，选用压缩空气为动力，形成高速喷射束将喷料高速喷射到需处理工件表面；所用的喷料可为铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海砂的任意一种，所用的空气压力不超过

0.8MPa。

3.一种应变监控二维缠绕复合材料水下航行器壳体结构的制备方法，包括：(1)采用合金制备金属密封层；

(2)通过二维缠绕工艺制备高性能混杂碳纤维，然后浸渍热固性树脂，浸渍热固性树脂后的高性能混杂碳纤维均匀缠绕至金属密封层表面固化成型制备刚性强度层；

(3)在刚性强度层表面，选用短切纤维、采用热塑性树脂共混改性的热固性树脂为基体，通过注射或手糊成型制备耐腐蚀层；

步骤(2)中采用光纤混杂碳纤维缠绕的方式引入，或者选用应变片、光栅、磁栅任意一种在缠绕过程中通过预埋方式实现应变感应装置的置入；

其中，所述水下航行器壳体基本外型为圆筒状；

步骤(1)中，金属密封层表面采用界面改性剂进行粗糙化处理；所述的金属密封层的界面粗糙化处理，选用压缩空气为动力，形成高速喷射束将喷料高速喷射到需处理工件表面；

所用的喷料可为铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海砂的任意一种，所用的空气压力不超过

0.8MPa；

步骤(2)中，高性能混杂碳纤维采用高强度碳纤维与高模量碳纤维通过并纱工艺混合缠绕制成；高强度碳纤维选用T300、T700、T800中的任意一种，高模量碳纤维选用MJ40、MJ60中的任意一种；混杂碳纤维中高强度碳纤维与高模量碳纤维的混合比例在2:1到8:1之间调节；

步骤(2)中，所用的热固性树脂为不饱和聚酯树脂；

步骤(2)中，渍热固性树脂后的高性能混杂碳纤维以3度到50度之间的角度均匀环向缠绕至金属密封层表面；

刚性强度层的树脂含量为30-60％；

步骤(3)中，耐腐蚀层中树脂含量为30-60％；

步骤(3)中，短切纤维选用玻璃纤维、碳化硅纤维、氮化硼纤维、氧化铝纤维、玄武岩纤维中的一种的或多种组合；短切纤维的长度为10-40mm；

步骤(3)中，热塑性树脂共混改性的热固性树脂中，热固性树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种，热塑性树脂选用聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚中的任意一种。

说明书

一种应变监控二维缠绕复合材料水下航行器壳体及其制备

方法

技术领域

[0001] 本发明属于水下设备技术领域，涉及一种水下航行器用壳体结构，特别涉及一种多层二维缠绕复合材料材质的、带有多种智能监控功能的水下航行器壳体。

背景技术

[0002] 水下航行器是自身携带多种电子设备和能源的、能够通过计算机智能控制并自主航行的水下智能机器设备，可用于水下勘探、深海探测等领域的海底工程工作。

[0003] 传统的水下航行器采用密封结构来保证在海底环境的舱体内外压差，因此金属材质的航行设备就需要具备一定的厚度来制备。在金属厚度增加的同时，水下航行器的自重增加，由此带来了携带装备数量的减少，这将严重影响航行设备的功能和续航能力，而且自重的增加也会影响水下航行器的航向控制。要改变这种现状，适应目前较为苛刻的深海航行环境并提高续航能力，就需要对水下航行器的主体结构和/材质进行革新。

[0004] 此外，海洋勘探开发逐渐向深海地区推进，要适应目前复杂的深海航行环境、提高水下航行器的工作寿命，实现航行器服役过程中耐压及冲击条件的实时监控尤为重要，这往往需要在水下航行器的结构特定部位引入压力、应变等感应装置，而这也是金属材质结构所无法解决的问题。

[0005] 复合材料具有高比强、高比模、耐高温、韧性好、抗腐蚀与耐磨损等特性，已应用于空间飞行器、舰(潜)艇、军用水下航行体(鱼雷、诱饵、侦察器、靶雷等)、导弹、民用客机等各种军民用产品上。各种先进的特殊材料层出不穷，诸如石墨/芳纶混杂复合材料、耐高温的碳/碳复合材料、抗拉强度为钢丝强度10倍以上的高强度聚乙烯、强度比钢高100倍、密度仅为钢的1/6、导电性能超过铜的碳纳米管等。

[0006] 其中，碳纤维复合材料是一种低密度、高强度、耐腐蚀、抵抗变形能力强的新型材质，在军用及民用领域均得到了广泛的应用，尤其在海洋领域的海上油田、海上甲板、海上航行器等主体结构材料方面有着巨大的发展潜力。然而，在实际应用的特定领域中，如何合理有效的利用各种复合材料，对技术人员而言是必须解决的问题。

发明内容

[0007] 为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明对水下航行器的制备材质及结构进行革新和优化，制备一种新的水下航行器壳体。

[0008] 本发明的目的之一在于提供一种应变监控二维缠绕复合材料水下航行器壳体结构，该壳体结构在保证整个壳体的良好力学稳定性的基础上，有效的降低自重，并实现了整个壳体结构及结构内层在高外压条件下微小应变的有效感知。

[0009] 本发明的目的之二在于提供一种应变监控二维缠绕复合材料水下航行器壳体结构的制备方法，通过材料和结构的合理设计，达到水下航行器的性能需求，尤其是适用于不同类型的复杂水体环境。

[0010] 本发明的目的还包括一种采用上述壳体结构的水下航行器及其应用。

[0011] 为实现上述发明目的，具体的，本发明涉及以下技术方案：

[0012] 首先，本发明公开了一种应变监控二维缠绕复合材料水下航行器壳体结构，其采用多层结构组成，由内到外依次为金属密封层、刚性强度层、耐腐蚀层；

[0013] 金属密封层由金属或合金制成；

[0014] 刚性强度层由浸渍热固性树脂后的高性能混杂碳纤维均匀缠绕至金属密封层表面制得；

[0015] 耐腐蚀层由短切纤维增强树脂基复合材料制成，树脂基为改性热固性树脂；

[0016] 刚性强度层中置入一个或多个应变感应装置。

[0017] 为实现水下航行器良好性能的使用，本发明对于水下航行器壳体进行多层结构辅以材料的优化设计。通过内到外依次金属密封层、刚性强度层、耐腐蚀层的设置，使得整个壳体结构有效的相互配合支撑，不仅降低了纯金属壳体水下航行器的自重，而且有利于保持水下航行器壳体良好的力学稳定性；填充短切纤维的耐腐蚀层，不仅满足了水下航行器必要的防海水侵蚀性能需求，而且利用短切纤维的随机取向特性，可以满足壳体的不同受力状态要求，同时短切纤维还可以增强耐腐蚀层的结合强度；通过刚性强度层的设计，充分考虑海洋水体复杂压力环境，充分的保证水下航行器壳体可以适应不同复杂的水下环境作业的需要；通过耐腐蚀层中纤维增强树脂基复合材料和刚性强度层中二维缠绕高性能混杂碳纤维的使用，不仅可以有效的降低水下航行器的自重，而且其材料本身性能优异，有效的提高了水下航行器壳体的稳定性能；进一步的，考虑到水下航行器压力应变实时监控的必要性，以及二维缠绕高性能混杂碳纤维的使用，本发明将智能感应装置一体化引入到水下航行器壳体结构中，实现了两者性能的有效结合。

[0018] 本发明优选的实施方案中，水下航行器壳体的基本外型为圆筒状。相对而言，圆筒状的壳体对于复合材料壳体结构的制备更为便利，但其他形状的壳体也可以实现。

[0019] 本发明优选的实施方案中，所述金属密封层的材质为高强不锈钢、铝合金、钛合金等其中的任意一种。

[0020] 优选的，金属密封层的厚度根据密封要求灵活调整。

[0021] 优选的，金属密封层表面采用界面改性剂进行粗糙化处理。通过对金属密封层表面进行粗糙化处理，可以便于二维缠绕的碳纤维复合材料的粘附，有效的配合刚性强度层的形成和刚性强度层所述材料性能的有效发挥。

[0022] 优选的，所述的金属密封层的界面粗糙化处理，选用压缩空气为动力，形成高速喷射束将喷料高速喷射到需处理工件表面。更优选的，所用的喷料可为铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海砂的任意一种，所用的空气压力不超过0.8MPa。

[0023] 本发明优选的实施方案中，所述的刚性强度层在金属密封层的表面进行制备。所述的高性能混杂碳纤维通过二维缠绕工艺制备。具体的，高性能混杂碳纤维采用高强度碳纤维与高模量碳纤维通过并纱工艺混合缠绕制成。其中，高强度碳纤维选用T300、T700、T800中的任意一种，高模量碳纤维选用MJ40、MJ60中的任意一种。

[0024] 优选的，考虑到刚性强度层中壳体强度的要求，混杂碳纤维中高强度碳纤维与高模量碳纤维的混合比例在2:1到8:1之间调节。

[0025] 优选的，所述的刚性强度层表面的制备，所用的二维缠绕碳纤维在混杂之后，浸渍热固性树脂。更优选的，所用的热固性树脂可以是环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种。

[0026] 优选的技术方案中，渍热固性树脂后的高性能混杂碳纤维以3度到50度之间的角度均匀缠绕至金属密封层表面，在该缠绕角度下，获得的刚性强度层致密性和强度更高。优选的，刚性强度层的树脂含量为30-60％之间灵活调整。刚性强度层的厚度根据壳体强度及刚度要求灵活调整。

[0027] 本发明优选的实施方案中，所述的耐腐蚀层由短切纤维增强树脂基复合材料制成，树脂基为改性热固性树脂，改性热固性树脂中填充短切纤维。本发明的耐腐蚀层在满足最基本的防侵蚀性能要求下，其中采用取向性能良好的短切纤维，可以使得壳体最外层能够适应海水中多种复杂应力/压力条件，并结合纤维增强树脂基复合材料的使用，有效的满足耐腐蚀层的韧性和强度需要。

[0028] 优选的，耐腐蚀层中树脂含量为30-60％。相对而言，在此含量下，耐腐蚀层的整体力学性能和抗海水侵蚀性能更优。

[0029] 优选的，短切纤维选用玻璃纤维、碳化硅纤维、氮化硼纤维、氧化铝纤维、玄武岩纤维中的一种的或多种组合，其中采用多种组合的混杂纤维时，不同短切纤维混杂比例根据表面耐腐蚀层增强效果灵活调整。优选的，短切纤维的长度为10-40mm。

[0030] 优选的，改性热固性树脂为热塑性树脂共混改性的热固性树脂。进一步优选的实施方案中，热塑性树脂共混改性的热固性树脂中，热固性树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种。热塑性树脂选用聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚中的任意一种。更为优选的，热塑性树脂与热固性树脂共混比例，根据耐腐蚀层的使用要求灵活调整。相对其他改性热固性树脂而言，热塑性树脂共混改性的热固性树脂更能够满足海水中多种复杂应力/压力条件下壳体的强度和韧性要求。

[0031] 本发明优选的实施方案中，所述的应变感应装置为应变式传感器。

[0032] 优选的，应变感应装置置入刚性强度层中，置入形式可选用光纤混杂碳纤维缠绕的方式引入，或者选用应变片、光栅、磁栅等任意一种在缠绕过程中通过预埋方式实现。

[0033] 优选的，应变感应装置采用预埋方式实现时，应变感应装置的数量可选用多组。更优选的，水下航行器壳体的基本外型为圆筒状时，应变感应装置埋入位置沿着水下航行器筒状壳体的长度以及截面圆形进行均匀分布。

[0034] 所述的应变感应装置主要用以实时监控水下航行器壳体在水下服役工作过程中，在不同水压变化或者水下冲击变化复杂情况下的壳体应变变化，采用一个或多个应变感应器引入到复合材料结构中，通过壳体在工作过程中的微小变形感知，以控制监控壳体结构的受力状态。

[0035] 其次，本发明公开了一种应变监控二维缠绕复合材料水下航行器壳体结构的制备方法，包括：

[0036] (1)采用金属或合金制备金属密封层；

[0037] (2)通过二维缠绕工艺制备高性能混杂碳纤维，然后浸渍热固性树脂，浸渍热固性树脂后的高性能混杂碳纤维均匀缠绕至金属密封层表面固化成型制备刚性强度层；

[0038] (3)在刚性强度层表面，选用短切纤维、采用热塑性树脂共混改性的热固性树脂为基体，通过注射或手糊成型制备耐腐蚀层；

[0039] 步骤(2)中采用光纤混杂碳纤维缠绕的方式引入，或者选用应变片、光栅、磁栅等任意一种在缠绕过程中通过预埋方式实现应变感应装置的置入。

[0040] 优选的技术方案中，所述水下航行器壳体基本外型为圆筒状。

[0041] 优选的，步骤(1)中，金属密封层表面采用界面改性剂进行粗糙化处理。优选的，所述的金属密封层的界面粗糙化处理，选用压缩空气为动力，形成高速喷射束将喷料高速喷射到需处理工件表面。更优选的，所用的喷料可为铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海砂的任意一种，所用的空气压力不超过0.8MPa。

[0042] 优选的，步骤(2)中，高性能混杂碳纤维采用高强度碳纤维与高模量碳纤维通过并纱工艺混合缠绕制成。其中，高强度碳纤维选用T300、T700、T800中的任意一种，高模量碳纤维选用MJ40、MJ60中的任意一种。更优选的，混杂碳纤维中高强度碳纤维与高模量碳纤维的混合比例在2:1到8:1之间调节。

[0043] 优选的，步骤(2)中，所用的热固性树脂可以是环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种。

[0044] 优选的，步骤(2)中，渍热固性树脂后的高性能混杂碳纤维以3度到50度之间的角度均匀环向缠绕至金属密封层表面。优选的，刚性强度层的树脂含量为30-60％之间灵活调整。刚性强度层的厚度根据壳体强度及刚度要求灵活调整。

[0045] 优选的，步骤(3)中，耐腐蚀层中树脂含量为30-60％。

[0046] 优选的，步骤(3)中，短切纤维选用玻璃纤维、碳化硅纤维、氮化硼纤维、氧化铝纤维、玄武岩纤维中的一种的或多种组合，其中采用多种组合的混杂纤维时，不同短切纤维混杂比例根据表面耐腐蚀层增强效果灵活调整。优选的，短切纤维的长度为10-40mm。

[0047] 优选的，步骤(3)中，热塑性树脂共混改性的热固性树脂中，热固性树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种。热塑性树脂选用聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚中的任意一种。

[0048] 此外，采用上述壳体结构的水下航行器也属于本发明的保护范围。

[0049] 进一步的，本发明还公开了所述水下航行器在海洋工程勘察作业中的应用。

[0050] 本发明选用特定的碳纤维复合材料，采用适宜于水下航行器制备的复合材料成型工艺，制备轻质耐腐蚀和耐冲击的碳纤维复合材料水下航行器壳体，降低自重，可达到提高续航能力、提高整体强度、耐冲击及耐腐蚀能力的目的。所述复合材料的使用，除了力学性能上的优势以外，碳纤维复合材料的制备是通过纤维与树脂复合而热固化成型的，在纤维的排布结构上具有很大的调整灵活性，这就给整个航行器主体结构的制备带来了极大的灵活性，可根据应用要求进行设计，这也是金属材质所不具备的独特性能。

[0051] 本发明的一种应变监控二维缠绕复合材料水下航行器与传统金属材质的航行器壳体相比，具有如下优势：

[0052] (1)采用二维缠绕碳纤维复合材料结构，在金属芯层表面采用多种碳纤维混杂组合方式，高强度碳纤维保证了整个壳体的抵抗破坏能力，高模量碳纤维保证了壳体抵抗变形的能力，使得复合材料水下航行器壳体可以适应不同复杂的水下环境。

[0053] (2)表面采用了短切纤维增强树脂基复合材料耐腐蚀层的设计。通过短切纤维增强树脂基体复合材料，使得表面不仅具有耐海水腐蚀的特点，同时通过短切纤维的增强作用也使得该腐蚀层的结合强度达到提升，有效保证使用寿命。

[0054] (3)智能感应装置的一体化引入技术。通过二维缠绕复合材料刚性强度层结构中的光纤或应变片等不同形式的应变感应器的嵌入使用，可有效感知整个壳体结构或结构内层在高外压条件下的微小应变，达到实时监控水下航行器壳体的服役状态变化，对复杂压力和冲击条件下的壳体结构稳定性达到预测的目的，延长整个航行器壳体结构的使用寿命。

附图说明

[0055] 图1是应变监控二维缠绕复合材料水下航行器壳体结构示意图。该壳体采用圆筒状结构，内部为金属密封层1，金属密封层1外表面制备刚性强度层2，在刚性强度层2中嵌入应变感应片3，最外表面为耐腐蚀层4。

具体实施方式

[0056] 实施例1

[0057] (1)内部金属密封层的制备。采用长度为1m、厚度为1mm的高强度不锈钢制备内部金属密封层，在密封层表面采用铜矿砂喷料，以0.8MPa的空气压力进行喷射粗糙化处理，最终的粗糙度控制在Ra 0.6范围。

[0058] (2)刚性强度层的制备。在经过粗糙化处理的内部金属密封层表面制备刚性强度层，采用高强度T300碳纤维和高模量MJ40碳纤维，按照2:1的比例混杂，采用3度的角度在金属密封层表面缠绕刚性强度层预制体，在缠绕的同时将混杂纤维浸渍含量为30％的环氧树脂，经过浸渍树脂和缠绕的纤维的最终厚度为6mm，之后经过120℃、3小时固化成型。

[0059] (3)应变感应装置的引入。在刚性强度层制备的缠绕过程中，在厚度中间位置沿着刚性强度层的筒状长度方向均匀埋入六组应变感应片，每组应变感应片为四片，沿着筒状截面均匀分布。

[0060] (4)表面耐腐蚀层的制备。采用长度为10mm的玻璃纤维浸渍聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚改性热固性环氧树脂，其中改性树脂与热固性树脂的共混比例为1:5，将上述短切纤维浸渍改性树脂，最终树脂含量为60％，将上述浸渍混合树脂的短切纤维采用注射热固化的方式制备表面耐腐蚀层，最终的固化温度为120℃，固化时间为2小时，耐腐蚀层厚度为3mm。

[0061] 实施例2

[0062] (1)内部金属密封层的制备。采用长度为2m、厚度为1mm的高强度铝合金制备内部金属密封层，在密封层表面采用石英砂喷料，以0.7MPa的空气压力进行喷射粗糙化处理，最终的粗糙度控制在Ra0.8范围。

[0063] (2)刚性强度层的制备。在经过粗糙化处理的内部金属密封层表面制备刚性强度层，采用高强度T700碳纤维和高模量MJ60碳纤维，按照3:1的比例混杂，采用20度的角度在金属密封层表面缠绕刚性强度层预制体，在缠绕的同时将混杂纤维浸渍含量为40％的酚醛树脂，经过浸渍树脂和缠绕的纤维的最终厚度为5mm，之后经过120℃、2小时固化成型。

[0064] (3)应变感应装置引入。在刚性强度层的制备缠绕过程中，在混杂碳纤维缠绕纱线中引入光纤，将光纤与混杂碳纤维并纱共同缠绕。

[0065] (4)表面耐腐蚀层的制备。采用长度为20mm的碳化硅纤维浸渍聚氨酯改性热固性不饱和聚酯树脂，其中改性树脂与热固性树脂的共混比例为1:4，将上述短切纤维浸渍改性树脂，最终树脂含量为40％，将上述浸渍混合树脂的短切纤维采用注射热固化的方式制备表面耐腐蚀层，最终的固化温度为120℃，固化时间为2小时，耐腐蚀层厚度为1mm。

[0066] 实施例3

[0067] (1)内部金属密封层的制备。采用长度为1.5m、厚度为1mm的高强度钛合金制备内部金属密封层，在密封层表面采用金刚砂喷料，以0.5MPa的空气压力进行喷射粗糙化处理，最终的粗糙度控制在Ra1.2范围。

[0068] (2)刚性强度层的制备。在经过粗糙化处理的内部金属密封层表面制备刚性强度层，采用高强度T800碳纤维和高模量MJ40碳纤维，按照4:1的比例混杂，采用30度的角度在金属密封层表面缠绕刚性强度层预制体，在缠绕的同时将混杂纤维浸渍含量为40％的环氧树脂，经过浸渍树脂和缠绕的纤维的最终厚度为6mm，之后经过130℃、2小时固化成型。

[0069] (3)应变感应装置的引入。在刚性强度层制备的缠绕过程中，在厚度中间位置沿着刚性强度层的筒状长度方向均匀埋入6组应变感应片，每组应变感应片为5片，沿着筒状截面均匀分布。

[0070] (4)表面耐腐蚀层的制备。采用长度为20mm的氮化硼纤维浸渍聚乙烯改性热固性酚醛树脂，其中改性树脂与热固性树脂的共混比例为1:6，将上述短切纤维浸渍改性树脂，最终树脂含量为55％，将上述浸渍混合树脂的短切纤维采用注射热固化的方式制备表面耐腐蚀层，最终的固化温度为120℃，固化时间为1小时，耐腐蚀层厚度为2mm。

[0071] 实施例4

[0072] (1)内部金属密封层的制备。采用长度为3m、厚度为1.5mm的高强度钛合金制备内部金属密封层，在密封层表面采用铁砂喷料，以0.4MPa的空气压力进行喷射粗糙化处理，最终的粗糙度控制在Ra0.9范围。

[0073] (2)刚性强度层的制备。在经过粗糙化处理的内部金属密封层表面制备刚性强度层，采用高强度T800碳纤维和高模量MJ40碳纤维，按照7:1的比例混杂，采用40度的角度在金属密封层表面缠绕刚性强度层预制体，在缠绕的同时将混杂纤维浸渍含量为40％的不饱和聚酯树脂，经过浸渍树脂和缠绕的纤维的最终厚度为4mm，之后经过120℃、3小时固化成型。

[0074] (3)应变感应装置引入。在刚性强度层的制备缠绕过程中，在混杂碳纤维缠绕纱线中引入光纤，将光纤与混杂碳纤维并纱共同缠绕。

[0075] (4)表面耐腐蚀层的制备。采用长度为15mm的氧化铝纤维浸渍聚苯硫醚改性热固性环氧树脂，其中改性树脂与热固性树脂的共混比例为1:7，将上述短切纤维浸渍改性树脂，最终树脂含量为60％，将上述浸渍混合树脂的短切纤维采用注射热固化的方式制备表面耐腐蚀层，最终的固化温度为110℃，固化时间为1小时，耐腐蚀层厚度为2mm。

[0076] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。