一种单封头发动机复合材料壳体制备方法技术

本发明专利技术属于复合材料成型工艺技术领域，具体涉及一种单封头复合材料发动机壳体制备方法。本发明专利技术在制备单封头发动机复合材料壳体时，通过在直筒段采用弧形结构的假封头，并在后连接件与复合材料层连接处预制了排布规律满足缠绕角要求的挂钉，提高了纤维强度发挥率，满足了特定厚度条件下壳体强度要求，保证缠绕线型的稳定及准确排布，避免纤维堆积，大大提高了生产效率，同时保证壳体尺寸稳定性。另外，本发明专利技术假封头的使用保证了缠绕线型设计，实现了测地线缠绕。实现了测地线缠绕。实现了测地线缠绕。

【技术实现步骤摘要】
一种单封头发动机复合材料壳体制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料成型工艺
，具体涉及一种单封头发动机复合材料壳体制备方法。

技术介绍

[0002]固体火箭发动机是火箭弹或导弹的动力装置，它由燃烧室、推进剂药柱、喷管和点火器4个部分组成。燃烧室既是固体推进剂储藏室，又是推进剂燃烧室。火箭发动机壳体缠绕不同于一般筒体缠绕，这是因为固体火箭发动机壳体的结构形状一般都是半封闭或两端带有收口形状的圆筒形结构，这种结构的产品必然给成型设计带来一定的难度。
[0003]一般而言固体发动机壳体一般是两端带有封头结构，设计者可以根据极孔大小完成缠绕线型设计。但该设计方法不适用于单封头发动机复合材料壳体，因为根据理论计算以及工艺调整很难保证无封头一端满足壳体内压要求。目前还未曾见到有关单封头发动机复合材料壳体设计方法的报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种适用于单封头发动机复合材料壳体制备方法，该方法既可以保证缠绕工艺所需线型，又能满足发动机壳体内压要求。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：通过在单封头发动机复合材料壳体的直筒段设计弧形结构的假封头，在后连接件与复合材料层连接处预制了排布规律满足缠绕角要求的挂钉，从而满足了特定厚度条件下壳体强度要求，保证了缠绕线型的稳定，避免了纤维堆积，大大提高了生产效率，同时保证壳体尺寸稳定性，实现了本专利技术目的。
[0006]本专利技术涉及的一种单封头发动机复合材料壳体制备方法，单封头发动机复合材料壳体包括裙、前方的弧形收缩段和后方的直筒段；弧形收缩段由内到外依次包括绝热层、前连接件和复合材料层；直筒段包括内侧的绝热层、外侧的复合材料层和后连接件，后连接件的前段位于绝热层和复合材料层之间；裙位于弧形收缩段外侧，其后端位于复合材料层内部，其特征在于，制备步骤如下：1）计算单封头复合材料壳体弧形收缩段的缠绕角；2）根据缠绕角设计后连接件前端外表面挂钉排布；每排挂钉中相邻挂钉与所在圆的圆心连线夹角β为6
°
～9
°
，竖向排布方向与竖直方向夹角为缠绕角
±3°
；3）制备模具，包括芯轴、裙固定装置、前连接件固定装置、假封头和假封头固定装置；所述芯轴，包括中间的大圆柱体和前后端的小圆柱体，用于成型复合材料壳体，及固定裙固定装置、前连接件固定装置和假封头固定装置；假封头，前段用于固定后连接件，后段为弧形收缩结构；所述固定裙固定装置、前连接件固定装置和假封头固定装置，分别用于固定裙、前连接件和假封头；4）固定芯轴，在其大圆柱体外侧铺设绝缘层；在芯轴前端，将前连接件套在小圆柱
体上，与铺设的绝热层贴合，并利用前连接件固定装置将其位置固定；在芯轴后端，将后连接件的前段放置在绝缘层外侧，再将假封头套在小圆柱体上，利用假封头固定装置将假封头的位置固定；5）在前连接件、绝热层和后连接件前段的外表面，以计算的缠绕角进行复合材料层的缠绕；在复合材料层缠绕到设计厚度后，放置裙，并利用裙固定装置将其位置固定；在外侧继续缠绕复合材料层，至达到预设厚度；6）缠绕完成后，利用固化工艺固化；7）固化完成后，将模具取出，即完成单封头发动机复合材料壳体的制备。
[0007]优选的，所述每排挂钉中相邻挂钉与所在圆的圆心连线夹角β为7.5
°
，竖向排布方向与竖直方向夹角为缠绕角。
[0008]优选的，所述裙固定装置包括裙定位块锁紧螺母（2）和裙定位块（3）。
[0009]优选的，所述前连接件固定装置包括前连接件锁紧螺母（4）。
[0010]优选的，所述前连接件固定装置还包括垫块（5）。
[0011]优选的，所述假封头固定装置为锁紧螺母（11）。
[0012]优选的，所述芯轴（1）前端的小圆柱体设置有两个台阶，从前往后依次增大；后端的小圆柱体设置有两个台阶，从前往后依次减小。
[0013]本专利技术在制备单封头发动机复合材料壳体时，通过在直筒段采用弧形结构的假封头，并在后连接件与复合材料层连接处预制了排布规律满足缠绕角要求的挂钉，提高了纤维强度发挥率，满足了特定厚度条件下壳体强度要求，保证缠绕线型的稳定及准确排布，避免纤维堆积，大大提高了生产效率，同时保证壳体尺寸稳定性。另外，本专利技术假封头的使用保证了缠绕线型设计，实现了测地线缠绕。
附图说明
[0014]图1是本专利技术发动机复合材料壳体和模具装配示意图；图2是本专利技术裙剖视图；图3是本专利技术后连接件同排挂钉位置示意图；图4是本专利技术后连接件结构示意图；图5是本专利技术芯轴结构示意图；图6是本专利技术裙定位块剖视图。
[0015]其中：1
‑
芯轴，101
‑
第一台阶，102
‑
第二台阶，103
‑
第三台阶，104
‑
第四台阶，2
‑
裙定位块锁紧螺母，3
‑
裙定位块，4
‑
前连接件锁紧螺母，5
‑
垫块，6
‑
裙，7
‑
前连接件，8
‑
绝热层，9
‑
后连接件，10
‑
假封头，11
‑
锁紧螺母，12
‑
复合材料层。
[0016]具体实施方式：为了更好地说明本专利技术的技术方案，下面结合附图和典型实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但不作为本专利技术技术方案的限制。
[0017]实施例1本实施例的单封头发动机复合材料壳体，旋转体结构，包括裙6、前方的弧形收缩段和后方的直筒段，如图1所示。裙6，旋转体结构，其外侧设置台阶，如图2所示。弧形收缩段由内到外依次包括绝热层8、前连接件7和复合材料层12；其轴心处开直径72mm的极孔。直筒
段内径160mm，由内侧的绝热层8、外侧的复合材料层12和后连接件9构成；后连接件9前段位于绝热层8和复合材料层12之间，后段外表面与复合材料层12外表面平齐，内壁面设置内螺纹。裙6位于弧形收缩段外侧，其后端位于复合材料层12内部。该单封头发动机复合材料壳体的爆破压力要求是35MPa。
[0018]采用假封头法制备本实施例单封头发动机复合材料壳体，具体步骤如下：利用公式（1）计算壳体弧形收缩段的缠绕角为27
°
。
[0019]（1）式中， 是单封头发动机复合材料壳体极径， 是单封头发动机复合材料壳体直筒段内径。
[0020]根据缠绕角设计后连接件9前端外表面挂钉排布。为增大后连接件9与复合材料层12间的连接强度，在后连接件9前端外表面设置尖头挂钉。挂钉均布于连接件9前端外表面，周向排列与连接件9端面平行，共6排，相邻排间距10mm；每排挂钉中相邻挂钉与所在圆的圆心连线夹角β为7.5
°
，如图3所示。竖向排布和缠绕角大小与方向一致，与竖直方向夹角为27
°
，相邻列间隔10mm。如图4所示。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单封头发动机复合材料壳体制备方法，单封头发动机复合材料壳体包括裙、前方的弧形收缩段和后方的直筒段；弧形收缩段由内到外依次包括绝热层、前连接件和复合材料层；直筒段包括内侧的绝热层、外侧的复合材料层和后连接件，后连接件的前段位于绝热层和复合材料层之间；裙位于弧形收缩段外侧，其后端位于复合材料层内部，其特征在于，制备步骤如下：1）计算单封头复合材料壳体弧形收缩段的缠绕角；2）根据缠绕角设计后连接件（9）前端外表面挂钉排布；每排挂钉中相邻挂钉与所在圆的圆心连线夹角β为6
°
～9
°
，竖向排布方向与竖直方向夹角为缠绕角
±3°
；3）制备模具，包括芯轴（1）、裙固定装置、前连接件固定装置、假封头（10）和假封头固定装置；所述芯轴（1），包括中间的大圆柱体和前后端的小圆柱体，用于成型复合材料壳体，及固定裙固定装置、前连接件固定装置和假封头固定装置；假封头（10），前段用于固定后连接件（9），后段为弧形收缩结构；所述固定裙固定装置、前连接件固定装置和假封头固定装置，分别用于固定裙、前连接件和假封头；4）固定芯轴（1），在其大圆柱体外侧铺设绝缘层（8）；在芯轴（1）前端，将前连接件（7）套在小圆柱体上，与铺设的绝热层（8）贴合，并利用前连接件固定装置将其位置固定；在芯轴（1）后端，将后连接件（9）的前段放置在绝缘层外侧，再将假封头（10）套在小圆柱体上，利...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖亚超，王明，孟祥武，葛林海，陈艳，郑志才，孔国强，魏化震，
申请(专利权)人：山东非金属材料研究所，
类型：发明
国别省市：