تؤثر الهندسة والمواد الليفية ومواد الطلاء لأوعية الضغط العالي المركبة بشكل مباشر على أداء المنتج؛ ولذلك، ينبغي أن يستند التقييم إلى معايير شاملة.
كروية. بالنسبة لأوعية الضغط العالي المعدنية بالكامل، فإن الهيكل الكروي هو الأمثل. من منظور القوة، تكون القشرة الكروية متناحية الخواص، وهي خاصية تتوافق جيدًا مع النظائر المتأصلة للمواد المعدنية. بالمقارنة مع الأشكال الأخرى، يحتوي الوعاء الكروي على مساحة سطح أصغر لحجم معين، مما يؤدي إلى وعاء أخف وزنًا.
علاوة على ذلك، فإن قدرة تحمل الكرة هي ضعف قدرة الأسطوانة؛ وبالتالي، تستخدم معظم أوعية الضغط العالي المعدنية بالكامل تصميمًا كرويًا لتحقيق أفضل مقاييس الأداء العام.
ومع ذلك، بالنسبة لأوعية الضغط العالي المركبة، فإن رمية الكرة المتناحية هي الاعتبار الأساسي. يقتصر لف الخيوط للأوعية الكروية على "دوائر كبيرة" - مما يعني أنه يجب لف الخيوط على طول محيط القطر الأقصى لمنع الانزلاق. تختلف الزاوية بين الألياف وخطوط الطول عبر خطوط العرض المختلفة: فهي أصغر عند خط الاستواء وتصل إلى 90 درجة عند الفتحة القطبية، حيث تكون الألياف مماسة لحافة الفتحة. نظرًا لأن المكونات الزوالية والمحيطية لقوة اللف تختلف عبر مسارات اللف، فإن الوعاء - على الرغم من شكله الكروي (مما يعني تحميلًا موحدًا في جميع الاتجاهات) - لا يمكنه تلبية متطلبات الضغط المنتظم بشكل فعال بسبب تباين ألياف الجرح. في حين أن استخدام ملفات دائرية متعددة مع فتحات قطبية موسعة يمكن أن يحسن حالة الإجهاد، إلا أن تحقيق تصميم متساوي القوة يظل أمرًا صعبًا.
إن تلبية متطلبات القوة المتساوية تتطلب رمية متناحية، ومع ذلك فإن عمليات اللف والمعدات اللازمة لتحقيق ذلك معقدة. في ظل الظروف الحالية، يعتبر الشكل الأسطواني ذو الأطراف المقببة أكثر عملية. لقد تم تحقيق اختراقات كبيرة في تكنولوجيا التغليف المتناحي للأوعية الكروية ذات الضغط العالي، وتم إجراء أبحاث متخصصة على أنماط ومعدات اللف لهذه الهياكل. ومع ذلك، من منظور التطوير طويل المدى، قد لا يكون الوعاء المركب الكروي هو الشكل المفضل للتطبيقات المستقبلية.
أسطواني. تتكون أوعية الضغط العالي المركبة الأسطوانية من جسم أسطواني وطرفين مغلقين (رؤوس). تستخدم الرؤوس عادةً تصميمات مثل اللف الجيوديسي متساوي التوتر، أو اللف الجيوديسي متساوي التوتر، أو الأشكال الإهليلجية. يتميز هذا النوع من أوعية الضغط العالي بالتصميم الهيكلي العقلاني ويوفر الراحة في التصنيع، والمعالجة، والتركيب.
يكشف تحليل الإجهاد للهندسة أن الإجهاد المحيطي في جسم الوعاء المبسط هو ضعف الإجهاد المحوري. في حالة السفينة المعدنية بالكامل، يكون هامش القوة المحورية كبيرًا عندما يلبي التصميم متطلبات الضغط المحيطي. على العكس من ذلك، يمكن لأوعية الضغط العالي المركبة تحقيق تصميم متساوي القوة عبر المقطع العرضي للأسطوانة، مع موازنة القوة المحيطية والمحورية - من خلال أنماط لف محددة. يتحمل التوتر المحوري المكون المحوري للألياف الملفوفة طوليًا، بينما يتحمل التوتر المحيطي الألياف الملتفة الحلقية والمكون المحيطي للألياف الطولية (المحورية). يتم حساب كميات الألياف في كلا الاتجاهين على أساس توازن الإجهاد ثنائي المحور، مما يسمح بالاستخدام الأمثل للألياف والكفاءة الهيكلية العالية. وبالتالي، فإن الشكل الأسطواني البسيط هو حاليًا التكوين الأكثر استخدامًا على نطاق واسع لأوعية الضغط العالي المركبة، محليًا ودوليًا.
أوعية الضغط العالي المركبة شبه الكروية - وهي في الأساس أوعية أسطوانية مختصرة بنسبة عرض إلى ارتفاع تبلغ حوالي 1 - تعمل كبدائل فعالة من حيث التكلفة للأوعية الكروية المعدنية بالكامل أو المركبة. إنها مناسبة للمنشآت المصممة أصلاً للأوعية الكروية مع الاستفادة بشكل فعال من خصائص القوة أحادية الاتجاه للمواد الليفية. تتميز البطانة بنهايات إهليلجية مشكلة بشكل متكامل (على شكل برميل) ويتم تعزيزها بالكامل من الخارج بألياف الكربون عالية القوة ملفوفة في كل من الأنماط الحلزونية والطوقية. الشكل الخارجي للسفينة يجعلها مناسبة للتركيب في مجموعة واسعة من التطبيقات.
تشمل الألياف المستمرة المستخدمة بشكل شائع في الأوعية ذات الضغط العالي المركبة ذات الخيوط الملفوفة الزجاج E، والزجاج S، والكيفلار 49، وألياف الكربون. نظرًا لخصائص أدائها المنخفضة، يتم استخدام الألياف الزجاجية حاليًا بشكل أساسي في المعدات الأرضية، في حين يتم استخدام كيفلر 49 في غالبية المركبات الفضائية. تستخدم المركبات الفضائية الحديثة في الغالب ألياف الكربون عالية الأداء. يتطلب اختيار الألياف تقييمًا شاملاً لعوامل مثل القوة ومعامل المرونة والكثافة الخطية.