全开口复合材料壳体制造方法技术

本发明专利技术公开了航天发动机技术领域一种全开口复合材料壳体制造方法，包括以下步骤：1）制作复合材料接头，并将其加工成缩口端接头和开口端接头；2）制作芯模；3）绝热层铺贴；4）绝热层预成型；5）接头安装；6）内侧缠绕，采用浸润中温环氧树脂后的碳纤维进行缠绕，采用纵向缠绕、环向缠绕交替的缠绕方式，缠绕前需进行纤维张力的调节控制，并按照由内往外张力逐渐梯度式递减的要求进行调节控制；7）外侧缠绕，在内侧缠绕层上采用浸润中温环氧树脂后的碳纤维再次进行缠绕，采用环向缠绕方式，缠绕前需进行纤维张力的调节控制，并按照由内往外张力逐渐梯度式递减的要求进行调节控制；8）固化；9）脱模；10）检测；本发明专利技术提高可全开口壳体的强度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
全开口复合材料壳体制造方法


[0001]本专利技术涉及航天发动机
，特别涉及一种发动机壳体制造方法。

技术介绍

[0002]21世纪，发动机壳体是各种导弹武器的主要动力装置，在航空航天领域也有相当广泛的应用，壳体的特点是结构简单，因其有机动，可靠，易于维修等一系列优点，非常适合现代化战争和航天事业的需要，但是发动机部件在工作中要承受高温、高内压要求，高压和化学气氛下各种复杂载荷作用，因此发动机壳体耐温、耐压是一个技术难题。
[0003]在20世纪６0年代，复合材料发动机壳体在美国火箭发动机上使用，随后，各国均对其进行了大量的研究工作，目前大多数火箭发动机上采用碳纤维缠绕环氧树脂复合材料，但其法兰接头等零件仍采用金属材料，减重有进一步提升的空间，且金属接头和耐烧蚀绝热层、缠绕层粘接强度一直是行业内的技术难题。
[0004]目前全开口发动机壳体主要采用金属材料，金属材料密度较高，制造出的发动机壳体重量较重，对火箭的射程、速度影响较大，并且金属发动机壳体的燃料消耗量较大，目前商业卫星需求量越来越高，因此质量轻、性能高、成本低的火箭发动机壳体需求量越来越大。为了实现减重，现有技术中常用的全开口发动机壳体一般采用复材筒体配金属接头的方式，由于金属与复材存在热膨胀不匹配，模量差异大，金属与复材的连接处在温度变化或应力变化下变形不匹配，此外金属与复材连接处一般都需加厚，重量较重。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种全开口复合材料壳体制造方法，壳体改变以往金属接头与复合层粘接强度不高的情况，使用复合材料接头与复合壳体粘接，提高本体强度、粘接强度解决了需要保证可靠性和强度的前提下，难以生产加工全开口复合材料壳体的问题。
[0006]本专利技术的目的是这样实现的：一种全开口复合材料壳体制造方法，包括以下步骤：步骤1）制作复合材料接头，并将其加工成缩口端接头和开口端接头；步骤2）制作芯模；步骤3）绝热层铺贴，在芯模表面铺贴绝热层；步骤4）绝热层预成型，对绝热层进行抽真空加压预成型；步骤5）接头安装，将缩口端接头、开口端接头安装到芯模上相应位置；步骤6）内侧缠绕，采用浸润中温环氧树脂后的碳纤维进行缠绕，采用纵向缠绕、环向缠绕交替的缠绕方式，缠绕前需进行纤维张力的调节控制，并按照由内往外张力逐渐梯度式递减的要求进行调节控制；步骤7）外侧缠绕，在开口端内侧缠绕层上采用浸润中温环氧树脂后的碳纤维再次进行缠绕，采用环向缠绕方式，缠绕前需进行纤维张力的调节控制，并按照由内往外张力逐渐梯度式递减的要求进行调节控制；
步骤8）固化，采用常压加热固化，壳体缠绕层与绝热层共同固化；步骤9）脱模，将壳体从芯模上脱下；步骤10）检测，包括尺寸检测、无损检测、气密检测以及水压检测。
[0007]作为本专利技术的进一步限定，步骤6）缠绕过程中对接头与封头连接的极孔处进行补强，在相邻纵向层之间都要铺一层补强层。
[0008]作为本专利技术的进一步限定，所述补强层采用玻璃纤维材料制成的平纹布。
[0009]作为本专利技术的进一步限定，补强具体为：补强时设备保持旋转，以封头柱段两侧为起始点，沿赤道向两侧极孔方向进行环向铺贴补强层。
[0010]作为本专利技术的进一步限定，补强层铺贴过程中有褶皱时，靠柱段区域不要开刀，远离柱段区域开小刀。
[0011]作为本专利技术的进一步限定，步骤5）接头安装时，在接头表面铺贴一层弹性层。
[0012]本专利技术步骤6）、7）中缠绕前首先进行纤维张力的调节控制，以达到规定的张力精度，如此做的目的具体为：在实际缠绕的过程中，如果不检测张力并作出调节，会导致纤维层的张力逐层递减，从而会出现内松外紧的情况，这是由于后缠上的一层纤维由于张力效果会使先缠上的纤维层连同内层一同发作紧缩变形，使内层纤维变松，假如不预先测试好适当的张力，将会导致壳体上的纤维出现内松外紧状况，使表里纤维的初应力有很大差异，容器充压时纤维不能均匀受力，严重者可使内层纤维发作皱褶、内衬鼓泡、变形等屈从状况，这样将大大下降壳体强度和疲惫功能；因此，通过在缠绕前进行张力的检测，来保证缠绕的纤维满足要求，避免出现内松外紧的情况，具体是通过检测纤维的张力是否满足要求，后续可根据需要进行调节张力大小，但是前提是进行张力的检测，如果没有张力的检测环节，后续调节也更不可实现，如此就可使得一切缠绕层自内至外都具有一样的变形和初张力；壳体容器充压时，纤维能还受力，使得容器强度得到进步，使纤维强度能更好发扬。
[0013]为同时保证纤维体积含量和纤维发挥系数，尽量减少纤维的磨损程度，对纤维逐层缠绕张力进行控制，内层缠绕时，纵向缠绕层与环向缠绕层交替进行，梯度张力可以使缠绕壳体从内到外的各层纤维有相同的预应力，从而使壳体工作时发挥复合材料的整体效果，从实践缩比壳体爆破经验中得知，同一张力缠绕整个壳体纤维发挥系数一般在70%左右，而系统设计梯度张力壳体爆破强度纤维发挥系数可以达到85%以上。
[0014]本专利技术为使封头厚度分布均匀、对称，相邻纵向层之间都要铺放一层补强层；用玻璃纤维材质的布作为补强层，而非无纬布；可使封头极孔附近的经向和纬向都得到加强，补强是局部的，即只限于接头与封头连接的极孔附近；从方便工艺实施考虑，整个封头的全面补强是困难的，而且赤道附近的补强还将给上裙施工带来不便，整个封头的强度主要靠调整封头厚度、即调整应力平衡系数ks来完成；玻璃纤维具有较高的断裂应变和断裂韧性，虽然强度比炭纤维低，但能实现混杂正效应，用玻璃布对炭纤维壳体封头补强，会弥补炭纤维易脆断之不足。
[0015]根据壳体中应变较大区域的接头结构部分刚度的差异，并结合实际可执行的操作位置的准确性，确定前后封头补强区域，以前后封头柱段两侧为起始点，沿赤道向两侧极孔方向补强。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于。
[0017]采用全复合材料壳体减轻了重量，提高了容器效率。
[0018]采用绝热铺层、接头安装后再铺层，保证了接头与绝热的粘接，避免了传统的封头模压成型压力对接头的影响。
[0019]全开口碳纤维复合材料构优化、封头、开口处补强优化降低燃烧室重量，提高产品总体性，提高壳体整体连接强度。
[0020]由于金属与复材存在热膨胀不匹配，模量差异大，金属与复材的连接处在温度变化或应力变化下变形不匹配，此外金属与复材连接处一般都需加厚，重量较重，本专利技术壳体改变以往金属接头与复合层粘接强度不高的情况，使用复合材料接头与复合粘接，提高本体强度、粘接强度。
[0021]根据燃烧室壳体开口尺寸大小、柱段直径等给缠绕角度和缠绕层数，对收口段和开口段连接处进行补强设计，使其满足力学性能指标要求。
[0022]通过工艺选择与优化，控制张力施加、设计张力梯度和提高缠绕层产品质量，通过模具设计优化提高产品质量和生产效率，减轻重量、降低成本；筒容积、强度的条件下相比传统壳体可减重40%以上。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全开口复合材料壳体制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1）制作复合材料接头，并将其加工成缩口端接头和开口端接头；步骤2）制作芯模；步骤3）绝热层铺贴，在芯模表面铺贴绝热层；步骤4）绝热层预成型，对绝热层进行抽真空加压预成型；步骤5）接头安装，将缩口端接头、开口端接头安装到芯模上相应位置；步骤6）内侧缠绕，采用浸润中温环氧树脂后的碳纤维进行缠绕，采用纵向缠绕、环向缠绕交替的缠绕方式，缠绕前需进行纤维张力的调节控制，并按照由内往外张力逐渐梯度式递减的要求进行调节控制；步骤7）外侧缠绕，在内侧缠绕层上采用浸润中温环氧树脂后的碳纤维再次进行缠绕，采用环向缠绕方式，缠绕前需进行纤维张力的调节控制，并按照由内往外张力逐渐梯度式递减的要求进行调节控制；步骤8）固化，采用常压加热固化，壳体缠绕层与绝热层共同固化；步骤9）脱模，将壳体从芯模上...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊，汤伟，魏加朝，章熠文，杨恒，马婷婷，梁欣，黄宇，
申请(专利权)人：江苏新扬新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：