防止发动机燃烧室壳体缠绕纤维滑线的方法技术

本发明专利技术公开了一种防止发动机燃烧室壳体缠绕纤维滑线的方法，该方法克服了壳体湿法缠绕因前后极孔直径相差太大引起的缠绕纤维滑线，缠绕时纤维从壳体上掉线造成无法缠绕的问题。所述的发动机燃烧室壳体在进行平面缠绕纤维前，将上一层缠绕好的纤维层树脂基体进行初步凝胶，使缠绕层表面树脂具有一定的粘性，使得平面缠绕纤维被初步凝胶的树脂粘住而不滑线，保证平面缠绕纤维稳定、不滑线，并按此方法完成壳体全部的平面缠绕。本发明专利技术缠绕的壳体一次成型，固化后不再对封头极孔进行机加，保证了纤维的连续性，提高了纤维的强度发挥率和发动机的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复合材料
，具体地指一种。
技术介绍
众所周知，在缠绕圆筒形压力容器时，只有当纤维位于封头和圆筒曲面的测地线位置时，才是最稳定的。否则，在缠绕张力的作用下，纤维可能发生滑动。圆筒曲面上的测地线就是螺旋线；在极孔半径为r，赤道半径为R的封头曲面(回转曲面)上的测地线必须要满足下述条件 ^ ^sina = T式中α-测地线与曲面子午线的交角，即缠绕角，X-交点处平行圆半径；r_极孔半径。由上式可以得出，赤道处的缠绕角为aD = arcsin — R由上式可以看出，只有两个封头上的极孔直径相等，才能实现圆筒形容器的测地线缠绕，否则会出现纤维滑线。而实际上，由于摩擦力的存在，只有当纤维的取向偏离测地线相当大时才会产生滑线，而偏离程度不大时，可以保证缠绕过程正常进行，实践证明，若实际缠绕角位于稳定缠绕角α±8°范围之内，就不会产生滑线。也就是说，保证不滑线的条件是a 2-8° ( a ( a ^8°式中=QT1 = arcsin (前极孔封头的稳定缠绕角)；a2 = arcsin (后极孔封头的稳定缠绕角)； R = ^1+^2 (平均缠绕角，即实际缠绕角)。 2其中，式中α !为前极孔封头的稳定缠绕角，α 2为后极孔封头的稳定缠绕角，r01为前极孔半径，r02为后极孔半径，R为壳体半径。很显然，如果壳体的两个封头极孔直径不等，但仍然能满足上述条件，照样可以实现正常缠绕，而不影响产品性能。可是，对于缠绕固体火箭发动机壳体这类纤维缠绕制品来说，封头极孔的大小通常是不相同的，有时甚至相差特别悬殊。当其壳体两端封头的大小极孔直径相差特别大造成缠绕角根本不能满足上述条件时，缠绕纱线就会出现滑线。目前，针对湿法缠绕主要有以下两种方法解决滑线问题(I)把大极孔直径改为与小极孔直径一样，使极孔不等的容器变成等极孔的。在制作芯模时，把大极孔用的金属嘴预先埋在芯模内部，在缠绕过程中把适当数量的补强纤维放置在大极孔所处的部位上，壳体固化后，按大极孔的尺寸切削加工，脱模后，再把大金属嘴粘接到壳体封头上。这种方法使金属嘴与封头之间的连接十分困难，封头上的纤维被切断了，需要实施开口补强，相当麻烦，对火箭发动机壳体来说，大直径极孔位于发动机尾部，与喷管相连，工作条件恶劣，绝热层施工又较难，必然使发动机的可靠性降低，增加了壳体的消极质量。(2)变角度缠绕，既然在一定范围内允许封头的实际缠绕角偏离实际缠绕角，当然也可以使容器的圆筒部分的缠绕角从一端至另一端逐渐变化，以使两端赤道处的缠绕角与各自的封头缠绕角相等，从而使每一个封头的纤维都处于测地线，实现测地线缠绕，这称为变角度缠绕。这种方法只有当圆筒段相当长时进行这样的变角度缠绕才是可能的，如果圆筒段较短，位于变角度位置的纱片，在缠绕张力的作用下，必然自动滑向等螺距的。一般发动机壳体很少具备这样的条件，即使能够实现变角度缠绕，由于圆筒部分的角度是变化的，沿长度方向壳体的壁厚是变化的，因而是不等强的，必然影响结构质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术存在的不足，当发动机壳体两端封头的大小极孔直径相差特别大而造成纤维不能满足稳定性缠绕时，提供一种简单的、易于实施的防止发动机燃烧室壳体缠绕纤维滑线的缠绕方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种，它包括以下步骤I)清理用于发动机壳体的芯模表面的灰尘，并在发动机壳体的芯模表面粘贴绝热材料；2)在步骤I)中的绝热材料表面均匀涂刷树脂胶液，将涂刷树脂胶液的壳体加热凝胶或在室温放置4lh，使树脂胶液初步凝胶直至用手触摸粘手；3)将步骤2)中涂有树脂胶液的壳体吊装到缠绕机上，将在缠绕机浸胶槽中浸入树脂胶液后的纤维从壳体的一端封头的极孔处开始，以缠绕角α进行平面缠绕，直至纤维布满整个芯模回到缠绕起点位置；4)在步骤3)壳体的平面缠绕纤维表面上进行环向缠绕，纤维从一端赤道线开始缠绕至另一端赤道线结束，并循环缠绕f 3层；5)将步骤4)的壳体从缠绕机上取下，将壳体加热凝胶或在室温放置4 8h ；6)重复步骤3)至步骤5)的过程2 8次，再按照步骤3)进行最后一次平面缠绕；7)完成步骤6)中最后一次平面缠绕后，按照设定好的顺序将预先单独制作好的圆筒形连接裙与壳体需要粘接的部位均匀涂刷一层胶粘剂，然后将连接裙分别从两端封头赤道线开始套装到壳体圆筒段上，连接裙直径与壳体缠绕后的直径相同，其粘接面为裙尖至筒段30mnTl50mm的内外表面,壳体的粘接位置为两端赤道线开始至圆筒段30mnTl50mm ；8)在步骤7)连接裙安装完成后，再按照步骤4)进行最后一次环向缠绕层，缠绕层数为2 10层，最后交付下道壳体固化工序。进一步地，所述整个制备过程中，缠绕角α=8 35°。再进一步地，所述整个制备过程中，树脂胶液为环氧树脂。再进一步地，所述步骤I)中，绝热材料为丁腈橡胶或三元乙丙橡胶。再进一步地，所述步骤2)和步骤5)中，加热凝胶过程的温度为7(T90°C，加热时间为O. 5 lh。 再进一步地，所述整个制备过程中，纤维为碳纤维、高强玻璃纤维和芳纶纤维任选其一。本专利技术的优点在于I、由于此方法在进行平面缠绕时，是依靠上一层的树脂胶液初步凝胶后使缠绕层表面的树脂能够粘住缠绕在其上的纤维，使其不会因缠绕角不满足α2_8° ( α ( α1+8°的基本条件而产生滑线现象，可以进行正常的平面缠绕，避免了方法(I)中把大极孔直径改为与小极孔直径一样后，完成缠绕固化后需要对后封头极孔进行切削加工，造成纤维切断、需要进行补强而增加消极质量、降低了发动机可靠性的缺点2、本专利技术也解决了方法(2)变角度缠绕由于圆筒部分的角度是变化的，沿长度方向壳体的壁厚是变化的，因而是不等强的，必然会影响结构质量的缺点。3、本专利技术缠绕的壳体一次成型，固化后不再对封头极孔进行机加，保证了纤维的连续性，提高了纤维的强度发挥率和发动机的可靠性。附图说明图I为缠绕发动机燃烧室壳体的结构示意图。图中前极孔1，平面缠绕纤维2，前封头3，赤道线4，环向缠绕纤维5，圆筒段6，后封头7，后极孔8，前极孔半径，后极孔半径Γ(Ι2，壳体半径R。具体实施例方式为了更好地解释本专利技术，以下结合具体实施例进一步阐明本专利技术的主要内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于以下实施例。实施例I某产品直径Φ600πιπι，前极孔直径Φ 120mm，后极孔直径Φ350mm，壳体直筒段为500mm，封头形状为椭球封头。通过计算前极孔封头的稳定缠绕角为α 1=11. 54°，后极孔封头的稳定缠绕角为α 2=35.69°，壳体的实际缠绕角为α=23.62°，可以看出，壳体的实际缠绕角不满足保证不滑线的条件a2-8° ^ a ^ α1+8°，因此，该发动机壳体的缠绕采用本专利技术确定的方法。它包括以下步骤I)清理用于发动机壳体的芯模表面的灰尘，并在发动机壳体的芯模表面粘贴丁腈橡胶；2)在步骤I)中绝热材料表面均匀涂刷环氧树脂，将涂刷环氧树脂的壳体在温度为70°C条件下加热凝胶Ih使环氧树脂初步凝胶直至用手触摸粘手；3)将步骤2)中涂有环氧树脂的壳体吊装到缠绕机上，将在缠绕机浸胶槽中浸胶后的纤维从壳体的一端封头的极孔处开始，以α=23.62°的缠绕角α进行平面缠绕，直至纤维布满整个芯模回到缠绕起点位置；4)在步骤3)壳体的平面缠绕纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防止发动机燃烧室壳体缠绕纤维滑线的方法，它包括以下步骤：1）清理用于发动机壳体的芯模表面的灰尘，并在发动机壳体的芯模表面粘贴绝热材料；2）在步骤1）中的绝热材料表面均匀涂刷树脂胶液，将涂刷树脂胶液的壳体加热凝胶或在室温放置4~8h，使树脂胶液初步凝胶直至用手触摸粘手；3）将步骤2）中涂有树脂胶液的壳体吊装到缠绕机上，将在缠绕机浸胶槽中浸入树脂胶液后的纤维从壳体的一端封头的极孔处开始，以缠绕角α进行平面缠绕，直至纤维布满整个芯模回到缠绕起点位置；4）在步骤3）壳体的平面缠绕纤维表面上进行环向缠绕，纤维从一端赤道线开始缠绕至另一端赤道线结束，并循环缠绕1~3层；5）将步骤4）的壳体从缠绕机上取下，将壳体加热凝胶或在室温放置4~8h；6）重复步骤3）至步骤5）的过程2~8次，再按照步骤3）进行最后一次平面缠绕；7）完成步骤6）中最后一次平面缠绕后，按照设定好的顺序将预先单独制作好的圆筒形连接裙与壳体需要粘接的部位均匀涂刷一层胶粘剂，然后将连接裙分别从两端封头赤道线开始套装到壳体圆筒段上，连接裙直径与壳体缠绕后的直径相同，其粘接面为裙尖至筒段30mm~150mm的内外表面，壳体的粘接位置为两端赤道线开始至圆筒段30mm~150mm；8）在步骤7）连接裙安装完成后，再按照步骤4）进行最后一次环向缠绕层，缠绕层数为2~10层，最后交付下道壳体固化工序。...

【技术特征摘要】
1.一种防止发动机燃烧室壳体缠绕纤维滑线的方法，它包括以下步骤 1)清理用于发动机壳体的芯模表面的灰尘，并在发动机壳体的芯模表面粘贴绝热材料； 2)在步骤I)中的绝热材料表面均匀涂刷树脂胶液，将涂刷树脂胶液的壳体加热凝胶或在室温放置4lh，使树脂胶液初步凝胶直至用手触摸粘手； 3)将步骤2)中涂有树脂胶液的壳体吊装到缠绕机上，将在缠绕机浸胶槽中浸入树脂胶液后的纤维从壳体的一端封头的极孔处开始，以缠绕角α进行平面缠绕，直至纤维布满整个芯模回到缠绕起点位置； 4)在步骤3)壳体的平面缠绕纤维表面上进行环向缠绕，纤维从一端赤道线开始缠绕至另一端赤道线结束，并循环缠绕f 3层； 5)将步骤4)的壳体从缠绕机上取下，将壳体加热凝胶或在室温放置4 8h； 6)重复步骤3)至步骤5)的过程2 8次，再按照步骤3)进行最后一次平面缠绕； 7)完成步骤6)中最后一次平面缠绕后，按照设定好的顺序将预先单独制作好的圆筒形连接裙与壳体需要粘接的部位均匀涂刷一层胶粘剂，然后将连接裙分别从两端封头赤道线开始套装到壳体圆筒段上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄泽勇，魏虹，霍文静，余红真，谭云水，
申请(专利权)人：湖北三江航天江北机械工程有限公司，
类型：发明
国别省市：