一种一体化喷管高温环境界面性能表征的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种一体化喷管高温环境界面性能表征的方法和装置，该装置包括：底板；拉伸套，其一端可拆卸的连接在底板上；限位台阶，其固定设置在拉伸套的另一端的内壁上；底板的一侧开设有凹槽，凹槽位于限位台阶的同侧；绝缘垫，其固定设置在凹槽中；缠绕芯模，其一端设置在绝缘垫上；另一端穿过限位台阶的通孔延伸至拉伸套的外部；缠绕芯模和底板分别与电源的两极连接，使试样的内侧面和试样的外侧面分别与电源的两极接通；冷却套，其套设在拉伸套上；第一冷却通道，其开设在缠绕芯模内；第二冷却通道，其开设在冷却套中；冷却循环泵，其用于向第一冷却通道和第二冷却通道中输送冷却水，并且回收第一冷却通道和第二冷却通道中排出的冷却水。冷却水。冷却水。

【技术实现步骤摘要】
一种一体化喷管高温环境界面性能表征的方法及装置


[0001]本专利技术属于固体火箭发动机
，特别涉及一种一体化喷管高温环境界面性能表征的方法和装置。

技术介绍

[0002]一体化喷管一般包括烧蚀层、隔热层、铺放层、壳体结构层等，在成型过程中，常通过平叠缠绕、斜叠缠绕、铺放以及Z
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pin植入等工艺方法将多层材料复合到一起。
[0003]传统形式的固体火箭发动机喷管结构形式如图1所示，其包括喉衬1、烧蚀层平缠件2、金属法兰3和外烧蚀层模压件4；此种喷管的制造方法通常是预先将各部件通过模压或缠绕的方式成型，然后通过胶层粘接固化的方式将几种零件组合成为整体产品，因此，各部件间的界面性能主要取决于胶层的性能及粘接质量。因此，考察胶层的粘接性能即可表征各结构间的界面性能。近年来，随着固体火箭发动机领域的快速发展，喷管结构逐渐朝着一体化与轻量化方向发展。相比与传统形式喷管，一体化复合材料喷管不仅结构较复杂，工艺方法也趋向于多样化，这大大提升了喷管结构的可设计性与整体使用性能。如图2所示，典型的一体化喷管通常由喉衬、入口锥、内外烧蚀层、内外隔热层、铺放层及复合材料壳体组成，图2中，1为喉衬，2为内烧蚀层斜缠部分，3为内烧蚀层平缠部分，4为Z
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pin增强铺放层，5为内隔热层，6为复材壳体，7为入口锥，8为外隔热层，9为外烧蚀层；制造过程中通过布带平叠缠绕、斜叠缠绕、铺放、Z
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pin层间增强等技术方法进行多层材料的复合，并通过分次固化或共同固化的方式最终成型。由于一体化喷管结构中存在多种界面形式，界面间的耦合情况成为了表征喷管整体性能的关键指标，尤其是在较高温度场下的界面应力水平，更是成为了火箭发射任务胜败的关键因素。然而，目前仍没有特定的手段考察一体化喷管高温环境的界面性能，设计人员只能通过测试平板随炉试样的方法来表征材料的常温界面性能，此种试样只能采取铺放工艺，而非缠绕工艺进行制作，无法对缠绕参数或工艺变化对试样界面性能的影响进行表征。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一是提供一种一体化喷管高温环境界面性能表征的装置，其能够对一体化喷管的界面性能进行表征测试。
[0005]本专利技术还有一个目的是提供一种一体化喷管高温环境界面性能表征的方法，其能够表征测试一体化喷管的界面性能，得到客观、准确的测试结果。
[0006]本专利技术提供的技术方案为：
[0007]一种一体化喷管高温环境界面性能表征的方法，包括如下步骤：
[0008]底板；
[0009]拉伸套，其为筒状，所述拉伸套的一端可拆卸的连接在所述底板上；
[0010]限位台阶，其为环形，并且同轴固定设置在所述拉伸套的另一端的内壁上；
[0011]其中，所述底板的一侧开设有凹槽，所述凹槽位于所述限位台阶的同侧；
[0012]绝缘垫，其固定设置在所述凹槽中；
[0013]缠绕芯模，其一端设置在所述绝缘垫上；另一端穿过所述限位台阶的通孔延伸至所述拉伸套的外部；
[0014]其中，待测试的试样固化在所述缠绕芯模上，所述试样包括内层试样和外层试样；所述内层试样套设在所述缠绕芯模上，所述外层试样套接在所述内层试样上；所述通孔的内径大于所述内层试样的外径，所述并且所述外层试样的外表面与所述拉伸套接触；
[0015]所述缠绕芯模和所述底板分别与电源的两极连接，使所述内层试样的内侧面和所述外层试样的外侧面分别与电源的两极接通；
[0016]冷却套，其套设在所述拉伸套上；
[0017]第一冷却通道，其开设在所述缠绕芯模内；
[0018]第二冷却通道，其开设在所述冷却套中；
[0019]冷却循环泵，其用于向所述第一冷却通道和所述第二冷却通道中输送冷却水，并且回收第一冷却通道和所述第二冷却通道中排出的冷却水。
[0020]优选的是，所述的一体化喷管高温环境界面性能表征的装置，还包括：
[0021]连接柱，其一端固定连接在所述底板的另一侧，并与所述缠绕芯模同轴设置；
[0022]第一绝缘环，其固定连接在所述连接柱的另一端上；
[0023]第二绝缘环，其固定连接在所述缠绕芯模位于所述拉伸套外部的一端上。
[0024]优选的是，所述的一体化喷管高温环境界面性能表征的装置，还包括：
[0025]测温元件，其设置在所述内层试样的外侧面上。
[0026]优选的是，所述第一冷却通道为螺旋形通道，其围绕所述缠绕芯模的中心轴螺旋式缠绕设置。
[0027]优选的是，所述缠绕芯模包括平缠芯模和斜缠芯模，所述平缠芯模和所述斜缠芯模同轴固定连接；
[0028]其中，所述平缠芯模的外侧面为圆柱面，所述斜缠芯模的外侧面为圆锥面。
[0029]一种一体化喷管高温环境界面性能表征的方法，采用所述的一体化喷管高温环境界面性能表征的装置，包括如下步骤：
[0030]步骤一、在缠绕芯模上制备环形的试样，所述试样包括内层试样和外层试样；
[0031]步骤二、将所述缠绕芯模连同所述试样安装在界面性能表征的装置中；
[0032]其中，所述缠绕芯模的一端设置在底板的绝缘垫上，所述外层试样的外表面与拉伸套接触，并且所述外层试样的顶端抵靠在拉伸套的限位台阶上；
[0033]步骤三、将缠绕芯模的另一端和底板分别与试验机的加载机构连接，将所述缠绕芯模和所述底板分别与电源的两极连接，接通电源、开启冷却循环泵；
[0034]步骤四、内层试样和外层试样之间的界面温度达到测试温度，并且保持到设定时间后，开启试验机对试样施加拉伸载荷，直到试样界面被破坏；得到加载过程的应力应变曲线。
[0035]优选的是，在所述步骤四中，测试温度为1800
±
5℃。
[0036]优选的是，在所述步骤四中，试验机的加载速度为1～5mm/min。
[0037]优选的是，在所述步骤三中，试验机的加载机构通过第一绝缘环与所述缠绕芯模连接，所述加载机构通过第二绝缘环与所述底板连接。
[0038]本专利技术的有益效果是：
[0039](1)本专利技术提供的一体化喷管高温环境界面性能表征的装置可以实现一体化喷管界面高温环境测试，即获得喷管高温载荷下的界面强度数据，从而对一体化喷管制备过程产生的质量控制异常情况进行预报，避免由于表征方法欠缺造成火箭发动机工作过程中喷管部件失效，酿成严重火箭发射事故。
[0040](2)按照本专利技术方法制备的界面性能试样，可以真实还原一体化喷管原材料性能、工艺方法及参数、固化过程等影响下的产品性能，按照该性能表征方法得出的测试数据可以直观表征各功能层界面强度，真正的对产品实现无损伤客观评价。
[0041](3)本专利技术采用制备环形试样的结构形式，能够真实表征一体化喷管的结构特点，相较于平板检测形式更具备说服力。
附图说明
[0042]图1为传统一体化喷管结构示意图。
[0043]图2为典型的一体化复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化喷管高温环境界面性能表征的装置，其特征在于，包括：底板；拉伸套，其为筒状，所述拉伸套的一端可拆卸的连接在所述底板上；限位台阶，其为环形，并且同轴固定设置在所述拉伸套的另一端的内壁上；其中，所述底板的一侧开设有凹槽，所述凹槽位于所述限位台阶的同侧；绝缘垫，其固定设置在所述凹槽中；缠绕芯模，其一端设置在所述绝缘垫上；另一端穿过所述限位台阶的通孔延伸至所述拉伸套的外部；其中，待测试的试样固化在所述缠绕芯模上，所述试样包括内层试样和外层试样；所述内层试样套设在所述缠绕芯模上，所述外层试样套接在所述内层试样上；所述通孔的内径大于所述内层试样的外径，所述并且所述外层试样的外表面与所述拉伸套接触；所述缠绕芯模和所述底板分别与电源的两极连接，使所述内层试样的内侧面和所述外层试样的外侧面分别与电源的两极接通；冷却套，其套设在所述拉伸套上；第一冷却通道，其开设在所述缠绕芯模内；第二冷却通道，其开设在所述冷却套中；冷却循环泵，其用于向所述第一冷却通道和所述第二冷却通道中输送冷却水，并且回收第一冷却通道和所述第二冷却通道中排出的冷却水。2.根据权利要求1所述的一体化喷管高温环境界面性能表征的装置，其特征在于，还包括：连接柱，其一端固定连接在所述底板的另一侧，并与所述缠绕芯模同轴设置；第一绝缘环，其固定连接在所述连接柱的另一端上；第二绝缘环，其固定连接在所述缠绕芯模位于所述拉伸套外部的一端上。3.根据权利要求2所述的一体化喷管高温环境界面性能表征的装置，其特征在于，还包括：测温元件，其设置在所述内层试样的外侧面上。4.根据权利要求2或3所述的一体化喷管高温环境界面性能表征的装置，其特征在于，所述第一冷却通道为螺旋形通道，其围绕所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：商伟辉，张东洋，王利彬，林再文，尤洋，王春雨，
申请(专利权)人：长春长光宇航复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：