固体火箭自脱落式雷电防护导流条制造技术

本发明专利技术涉及一种固体火箭自脱落式雷电防护导流条，包括导流条主体、过渡结构、搭接结构、喷涂层；所述导流条主体、过渡结构、搭接结构厚度相同、粘接在固体火箭头罩防热层上，且粘结面与所述防热层共型；至少四条导流条主体沿头罩周向均匀布置，每条导流条主体一端与头罩顶点之间留有距离，另一端依次布置过渡结构和搭接结构；导流条主体与过渡结构之间，过渡结构与搭接结构之间留有间隙，间隙内通过防静电涂料填缝；所述搭接结构端面与壳体基体的对接面之间通过喷涂层连接。

【技术实现步骤摘要】
固体火箭自脱落式雷电防护导流条
本专利技术属于宇航系统中的航天运输器中的电磁兼容领域。
技术介绍
固体火箭由于箭体长度长、尾焰具有一定电导率、且飞行速度快,存在诱发雷电的物理机制。固体火箭要具备全天候发射能力，就需要能够具备雷电直接放电的防护能力。固体火箭壳体一般采用铝/碳纤维复材，为导电材料。为防止飞行过程中，气动加热对运载火箭壳体的影响，火箭壳体外还覆有较厚的特种防热涂层，目前使用的涂层均为非导电材料。雷电击中运载火箭后，可在箭体表面产生高至200kA的电流。电流产生的加热效应将严重破坏防热涂层不。一旦防热层被雷电击穿，所形成的分米级孔洞将导致航天器壳体在后续的飞行过程中被气动加热融穿破坏，最终导致火箭爆炸，发射失败。为了避免雷电电弧对航天器运载火箭结构的烧蚀，安装导流条(即连续或断续的金属条)是一种重要的防护方法，即通过导流条使雷电放电先导形成于导流条而非壳体本身。在运载火箭的端头与前段，相对于在表面形成金属层的防护方法(例如热压金属网或金属喷涂)，导流条有其优势，因为：第一、导流条截面厚，耐气动加热能力强，有利于防止在穿过对流层之前即被烧蚀；第二、大部分航天器在运载火箭有竖直飞行段，导致雷电可能在此段长时间附着于飞行器火箭头部，导流条的厚截面使其更易承受可高达200库仑的总转移电荷；第三、在直径一两米的整体圆柱壳段的防热材料表面热压金属网或金属火焰喷涂的工艺难度大，导流条相对容易安装。但是，以往飞机雷达罩上所安装的导流条无法应用于固体火箭，这主要由于以下原因：(1)放电过程不同：固体火箭的头部往往是有防热层的铝或碳纤维壳体，即导体-绝缘体双层结构，而非飞机雷达罩单纯的绝缘体，因此电弧产生过程不同；(2)固定方式不同：固体火箭为了满足防热需求，导流条只能粘接在防热层上而无法铆接在壳体上；(3)热环境条件不同：固体火箭头部热流和气动剪切力大，导流条需要在火箭达到雷电主要发生高度前不脱落；而随着总热流进一步增大到粘接剂脱粘，导流条应当有效脱落而不至成为影响气动特性的异常凸起物；(4)雷电环境不同：固体火箭由于存在竖起飞行段，火箭头部是雷电的长时间附着点，单位电阻所产生的雷电能量强，而飞机只有水平飞行，由于扫掠通道效应，雷电在机头仅短时停留，能量相对较小。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种固体火箭自脱落式雷电防护导流条。本专利技术解决技术的方案是：固体火箭自脱落式雷电防护导流条，包括导流条主体、过渡结构、搭接结构、喷涂层；所述导流条主体、过渡结构、搭接结构厚度相同、粘接在固体火箭头罩防热层上，且粘结面与所述防热层共型；至少四条导流条主体沿头罩周向均匀布置，每条导流条主体一端与头罩顶点之间留有距离，另一端依次布置过渡结构和搭接结构；导流条主体与过渡结构之间，过渡结构与搭接结构之间留有间隙，间隙内通过防静电涂料填缝；所述搭接结构端面与壳体基体的对接面之间通过喷涂层连接。进一步的，每个导流条主体与固体火箭头罩轴向垂直的截面面积按照下述关系进行选取：式中，S为截面积；A为雷电脉冲的总作用时间积分；ρ为导流条主体材料密度，c为导流条主体材料比热容，σ为导流条主体材料电导率，ΔT为粘接时所用粘接剂所允许的温升，k为安全系数。进一步的，导流条主体一端与固体火箭头罩顶点之间的距离以及导流条主体之间的距离均满足如下关系式：式中，E为防热层材料的绝缘强度，单位为V/m，t为防热层厚度，单位为m；d代表距离。进一步的，所述过渡结构用于减少从头罩对接面流入箭体基体的电流密度，其最大宽度不小于50mm，过渡结构边缘不同宽度之平滑过渡，所述的宽度为沿固体火箭头罩周向方向。进一步的，所述搭接结构用于在火箭竖直飞行段，提供雷电长时间附着的烧蚀量，其长度应不小于10mm，所述的长度为沿固体火箭头罩轴向方向。进一步的，所述粘结使用的粘接剂的耐温不低于250℃。进一步的，当防热层为有机硅防热涂料时，用防热涂料本身的粘性进行粘接；当防热层为酚醛基复合材料时，使用环氧树脂胶进行粘接固定。进一步的，导流条主体与过渡结构的间隙、过渡结构与搭接结构的间隙应小于0.5mm。进一步的，所述的防静电涂料耐温不小于250℃，且电阻率不大于103Ωm的防静电涂料。进一步的，采用电弧喷铝或火焰喷铝将壳体基体的对接面与搭接结构相连接，喷铝后进行外观整平，喷铝厚度不小于0.5mm。进一步的，导流条主体、过渡结构、搭接结构厚度取值范围0.5-2mm。进一步的，导流条主体、过渡结构、搭接结构的材料选用工业纯铝1050或铝合金。进一步的，导流条体上喷涂体电阻率不大于103Ωm的防静电漆，头罩其余部位喷涂三防漆。本专利技术适用于防热层为绝缘体的箭体。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：本专利技术提出了一种固体火箭自脱落式雷电防护导流条。为防热层为绝缘体的箭体(一般为有机硅、高硅氧、酚醛石英纤维复合材料等)提供雷电防护。该结构的主体粘接在防热层上，在火箭达到雷电主要发生高度前不脱落，能够以较轻重量能够承受GJB8848规定的雷电长时间附着部位的雷电电流波形，即标准中的A+B+C+D四个电流分量的组合，也能承受一定热流和气动剪切力；该结构还包括导流条与壳段的端接结构，既实现有效搭接，又可在当累积热流随飞行时间进一步增大后，导流条能自动剥落，防止粘接剂失效后导流条无法分离而影响气动特性。附图说明图1为本专利技术结构示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步阐述。本专利技术提出了固体火箭自脱落式雷电防护导流条结构。该装置能够：(1)在导体-绝缘体双层结构上引导雷电附着点产生于导流条而非防热层上；(2)该结构的主体粘接在防热层上，在火箭达到雷电主要发生高度前不脱落；(3)随着总热流进一步增大到粘接剂脱粘，导流条应当有效脱落；(4)导流条能够承受雷电放电电流所产生的热量。本装置由导流条条体、过渡结构、搭接结构、喷涂层组成。其结构俯视图、侧视图见附图1。图1中的导流条安装在箭体结构的头罩上，箭体结构由基体(铝合金或碳纤维复合材料)和其上的防热层组成。头罩结构一般为圆柱、圆锥或二者的组合体或类似的曲面结构，由于半径远大于导流条宽度，图中略去了结构的曲率。图中的左侧为箭体头部方向，右侧为头罩与箭体其它部段的对接面。图1中的导流条主体为工业纯铝或铝合金。其截面积使雷电电流通流所产生的温升在规定值内，即取满足下面公式的较小值，以尽量减轻导流条重量，式中，S为截面积；A为雷电脉冲的总作用时间积分，其数值为GJB8848中雷电放电波形A与雷电放电波形D的总作用时间积分之和，即A＝2.25MJ/Ω；ρ为材料密度，c为材料比热容，σ为材料电导率，ΔT为粘接剂所允许的温升或较小的经验值(如250℃)，材料参数应考虑从常温到该温度的平均值，k为安全系数，可根据需要取1.5等经验数值。导流条主体的长宽比不做规定，可根据粘接工艺确定(例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.固体火箭自脱落式雷电防护导流条，其特征在于：包括导流条主体、过渡结构、搭接结构、喷涂层；所述导流条主体、过渡结构、搭接结构厚度相同、粘接在固体火箭头罩防热层上，且粘结面与所述防热层共型；/n至少四条导流条主体沿头罩周向均匀布置，每条导流条主体一端与头罩顶点之间留有距离，另一端依次布置过渡结构和搭接结构；导流条主体与过渡结构之间，过渡结构与搭接结构之间留有间隙，间隙内通过防静电涂料填缝；所述搭接结构端面与壳体基体的对接面之间通过喷涂层连接。/n

【技术特征摘要】
1.固体火箭自脱落式雷电防护导流条，其特征在于：包括导流条主体、过渡结构、搭接结构、喷涂层；所述导流条主体、过渡结构、搭接结构厚度相同、粘接在固体火箭头罩防热层上，且粘结面与所述防热层共型；
至少四条导流条主体沿头罩周向均匀布置，每条导流条主体一端与头罩顶点之间留有距离，另一端依次布置过渡结构和搭接结构；导流条主体与过渡结构之间，过渡结构与搭接结构之间留有间隙，间隙内通过防静电涂料填缝；所述搭接结构端面与壳体基体的对接面之间通过喷涂层连接。


2.根据权利要求1所述的导流条，其特征在于：每个导流条主体与固体火箭头罩轴向垂直的截面面积按照下述关系进行选取：



式中，S为截面积；A为雷电脉冲的总作用时间积分；ρ为导流条主体材料密度，c为导流条主体材料比热容，σ为导流条主体材料电导率，ΔT为粘接时所用粘接剂所允许的温升，k为安全系数。


3.根据权利要求1所述的导流条，其特征在于：导流条主体一端与固体火箭头罩顶点之间的距离以及导流条主体之间的距离均满足如下关系式：



式中，E为防热层材料的绝缘强度，单位为V/m，t为防热层厚度，单位为m；d代表距离。


4.根据权利要求1所述的导流条，其特征在于：所述过渡结构用于减少从头罩对接面流入箭体基体的电流密度，其最大宽度不小于50mm，过渡结构边缘不同宽度之平滑过渡，所述的宽度为沿固体火箭头罩周向方向。


5.根据权利要求1所述的导流条，其特征在于：所述搭接结构用于在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，龙中权，叶志鹏，齐欢，张子剑，张俊楠，任牧原，李敬业，唐昭，王筱宇，石佳，朱勇，高波，赵晓利，杨若丽，杨勇，王晓明，梁浩，曾霞，阮征，
申请(专利权)人：北京宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11