CN109648887A - 一种固体火箭发动机半截气囊加压固化绝热层装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体火箭发动机半截气囊加压固化绝热层装置，包括U型涨圈、气袋、半截气囊、内密封螺母、大堵盖、成型工艺环、工艺小堵盖、外密封螺栓和头部充气工艺堵盖。一种半截气囊加压固化绝热层方法，包括步骤：1）半截气囊固定在壳体固化大堵盖上；2）将连接气囊的固化堵盖及成型工艺环通过螺栓对接到壳体上；3）U型涨圈实现固定半截气囊筒段部位；4）充气加压实现气囊密封；5）对壳体内进行充气加压固化；6）拆卸固化工装，取出气囊、气袋和涨圈等装置。本发明可显著降低经济成本，实现尾部绝热层通过气囊加压成型绝热层，其他部位通过充气加压成型绝热层。

Description

一种固体火箭发动机半截气囊加压固化绝热层装置及方法

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机制造领域，具体涉及一种固体火箭发动机半截气囊加压固化绝热层装置及方法。

背景技术

内绝热层材料作为固体火箭发动机燃烧室的保护层，位于发动机燃烧室壳体与推进剂药柱之间，具有耐高温烧蚀，抗高速热流冲刷及良好的力学性能，是保证火箭发动机正常工作的关键组成部分。伴随着碳纤维复合材料不断发展，碳纤维增强树脂基复合材料凭借其优良的烧蚀和抗冲刷性能广泛应用于发动机尾部封头结构的绝热层上，并且与丁腈橡胶体系绝热材料复合成型后应用效果良好。为了保证绝热层的热防护效果，绝热材料需要以一定的厚度和形状成型到钢壳体内部。目前普遍采用整体气囊充气加压固化工艺技术成型绝热层。整体气囊，对密封性能要求高，由于尚未形成有效的气囊质量检查手段，在绝热层固化过程会出现气囊局部薄弱点在高温高压环境下被破坏，导致壳体瞬间压力释放，绝热层固化所需压力无法对绝热层持续加压，造成绝热层脱粘等质量隐患，带来绝热壳体返工返修等质量问题。某型号壳体若采用整体气囊加压固化工艺方法，会使头部绝热层挤压流动变形，造成绝热层局部减薄，同时尾部碳毛板成型压力要求大于1.2MPa，目前普遍使用的气囊承压按大于0.8MPa设计，由于气囊用量较大，成本增加显著，不利于产品批生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：

本发明通过采用半截气囊加压固化工艺技术，采用装有气袋的U型涨圈进行固定气囊，实现环向一周半截气囊的密封，最终实现尾部绝热层通过气囊加压成型绝热层，其他部位通过充气加压成型绝热层。

本发明所采用的技术方案：

一种半截气囊加压固化绝热层装置，包括U型涨圈1、气袋2、半截气囊3、内密封螺母7、大堵盖10、成型工艺环11、工艺小堵盖15、外密封螺栓16和头部充气工艺堵盖17，所述半截气囊3大弧开口部位通过U型涨圈1和气袋2将其固定在壳体绝热层上方，实现壳体尾部密封，所述内密封螺栓6、外密封螺栓16，大堵盖10和成型工艺环11通过螺栓和壳体裙连成一体，通过螺纹将外密封螺栓和工艺小堵盖15连接在一起。

进一步地，还包括尼龙布4、聚四氟乙烯布5、密封压环8和内密封胶片9，所述大堵盖10和半截气囊3、尼龙布4、聚四氟乙烯布5通过内密封螺栓6依次连接在一起，并通过内密封压环8和内密封胶片9将其密封。

进一步地，所述涨圈结构包括涨圈环12、扩张臂；涨圈环朝向半截气囊3方向呈现U形，在U形槽内装有弹性橡胶体圈；扩张臂包括扩张臂Ⅰ13、扩张臂Ⅱ14，扩张臂Ⅰ13和扩张臂Ⅱ14通过螺纹连接，通过拧动扩张臂Ⅱ14可使扩张臂伸长或收缩。

进一步地，所述大堵盖结构为凸台结构，凸出部位伸入发动机壳体内部。

一种半截气囊加压固化绝热层方法，包括如下步骤：

1）发动机绝热层粘贴完毕后，将半截气囊开口部位采用压环及螺栓固定在壳体固化大堵盖上；

2）将连接气囊的固化堵盖及成型工艺环通过对接到壳体机口螺纹孔，然后进行紧固安装；

3）采用装有气袋的U型涨圈实现半截气囊固定在筒段部位；

4）通过在气袋上进行充气加压，实现气囊密封；

5）安装头部密封装置和尾部小堵盖，并对壳体内进行充气加压，在一定的温度和压力下对绝热层进行固化；

6）拆卸固化工装，取出气囊、气袋和涨圈等装置。

本发明的有益效果：

本发明可显著降低经济成本，实现尾部绝热层通过气囊加压成型绝热层，其他部位通过充气加压成型绝热层。

附图说明

图1.半截气囊加压固化绝热层装置示意图。

图2.U型涨圈示意图。

图3.U形截面视图。

图4.充气工艺堵盖示意图。

图5.尾部密封结构示意图。

图6.大堵盖示意图。

图7.气囊示意图。

图8.气袋示意图。

其中，1.U型涨圈、2.气袋、3.半截气囊、4.尼龙布、5.聚四氟乙烯布、6.内密封螺栓、7.内密封螺母、8.内密封压环、9.内密封胶片、10.大堵盖、11.工艺环、12.涨圈环、13.扩张臂Ⅰ、14.扩张臂Ⅱ、15.工艺小堵盖、16.外密封螺栓、17.头部充气工艺堵盖。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种半截气囊加压固化绝热层装置，包括U型涨圈1、气袋2、半截气囊3、内密封螺母7、大堵盖10、成型工艺环11、工艺小堵盖15、外密封螺栓16和头部充气工艺堵盖17，所述半截气囊3大弧开口部位通过U型涨圈1和气袋2将其固定在壳体绝热层上方，实现壳体尾部密封，所述内密封螺栓6、外密封螺栓16，大堵盖10和成型工艺环11通过螺栓和壳体裙连成一体，通过螺纹将外密封螺栓和工艺小堵盖15连接在一起。还包括尼龙布4、聚四氟乙烯布5、密封压环8和内密封胶片9，所述大堵盖10和半截气囊3、尼龙布4、聚四氟乙烯布5通过内密封螺栓6依次连接在一起，并通过内密封压环8和内密封胶片9将其密封。

如图2和图3所示，所述涨圈结构包括涨圈环12、扩张臂；涨圈环朝向半截气囊3方向呈现U形，在U形槽内装有弹性橡胶体圈；扩张臂包括扩张臂Ⅰ13、扩张臂Ⅱ14，扩张臂Ⅰ13和扩张臂Ⅱ14通过螺纹连接，通过拧动扩张臂Ⅱ14可使扩张臂伸长或收缩。

如图4所示，所述头部工艺堵盖为T形，T形中间位置设置有通孔。

如图5所示，所述大堵盖10和半截气囊3、尼龙布4、聚四氟乙烯布5通过内密封螺栓6连接在一起，通过内密封压环8和内密封胶片9将其密封。半截气囊大弧开口部位通过U型涨圈1和气袋2将其固定在壳体绝热层上方，最终实现壳体尾部密封。

如图6所示，所述大堵盖结构为凸台结构，凸出部位伸入发动机壳体内部，堵盖上进行了打孔，由连接壳体的通孔、内密封螺栓连接孔和外密封螺栓16连接孔3种规格构成。大堵盖通过内密封螺栓实现与半截气囊3连接，通过外密封螺栓16实现与工艺小堵盖15连接，通过通孔处安装螺栓实现与壳体连接。

如图7所示，所述气囊结构为半截状态，半截气囊大弧开口部位通过U型涨圈1和气袋2将其固定在壳体筒段部位，小弧开口部位通过采用压环及螺栓固定在壳体固化大堵盖上，通过在气袋上进行打压，实现气囊密封。

如图8所示，所述气袋结构为含气嘴结构的环形胶袋，通过U型涨圈1实现气袋与壳体轴线方向垂直，充气后实现半截气囊与壳体绝热层的挤压密封。

一种半截气囊加压固化绝热层方法，包括如下步骤：

1）发动机绝热层粘贴完毕后，将半截气囊开口部位采用压环及螺栓固定在壳体固化大堵盖上；

2）将连接气囊的固化堵盖及成型工艺环通过对接到壳体机口螺纹孔，然后进行紧固安装；

3）采用装有气袋的U型涨圈实现固定半截气囊筒段部位；

4）通过在气袋上进行打压，实现气囊密封；

5）安装头部密封装置和尾部小堵盖，并对壳体内进行充气加压，在一定的温度和压力下对绝热层进行固化；

6）拆卸固化工装，取出气囊、气袋和涨圈等装置。

固体火箭发动机半截气囊加压固化绝热层装置装配方法：

发动机绝热层粘贴完毕后，将成型工艺环11对准已均布装有四个螺孔的壳体后开口,然后将工艺环对接到位。将裁制好的聚四氟乙烯布用医用胶布固定在壳体后封头的人工脱粘层的盖层上。将裁制好的尼龙布用胶粘剂粘贴在大堵盖10上，安装完毕大堵盖的内密封螺栓，将半截气囊3开口部位胶片上的孔对准内密封螺栓6装在大堵盖10上，再装上内密封胶片9，压上内密封压环9，用内密封螺母7均匀对称拧紧，使其固定在壳体大堵盖10上。将U型涨圈送入壳体内，装上充气袋。

将大堵盖对准壳体后开口与成型工艺环配合好后,每个螺栓配制一个垫片和一个螺母，用紧固螺栓均匀对称拧紧。然后把装好气袋的U型涨圈定位在气囊大弧100mm处，通过拧动扩张臂2实现涨紧，将氮气充入气袋，压力为(0.2±0.1)MPa，实现半截气囊筒段部位密封。安装头部前开口密封堵盖的，把密封圈装在密封堵盖上，慢慢装入前开口处，将前顶盖拧紧在前开口处，使其密封。

安装大堵盖外的外密封螺栓16,将硅橡胶密封圈套在工艺小堵盖15上，然后对准螺孔安装对接，盖上工艺小堵盖15后，用外密封螺母均匀对称拧紧。接通充气管线，将管线一端用螺母紧固在头部充气工艺堵盖17.上，进行充气，然后对壳体绝热层进行加压固化。固化结束后，按照相反的顺序进行固化拆卸工装，取出气囊、气袋和涨圈等装置。

Claims (5)

1.一种半截气囊加压固化绝热层装置，其特征在于：包括U型涨圈（1）、气袋（2）、半截气囊（3）、内密封螺母（7）、大堵盖（10）、成型工艺环（11）、工艺小堵盖（15）、外密封螺栓（16）和头部充气工艺堵盖（17），所述半截气囊（3）大弧开口部位通过U型涨圈（1）和气袋（2）将其固定在壳体绝热层上方，实现壳体尾部密封，所述内密封螺栓（6）、外密封螺栓（16），大堵盖（10）和成型工艺环（11）通过螺栓和壳体裙连成一体，通过螺纹将外密封螺栓和工艺小堵盖（15）连接在一起。

2.根据权利要求1所述半截气囊加压固化绝热层装置，其特征在于：还包括尼龙布（4）、聚四氟乙烯布（5）、密封压环（8）和内密封胶片（9），所述大堵盖（10）和半截气囊（3）、尼龙布（4）、聚四氟乙烯布（5）通过内密封螺栓（6）依次连接在一起，并通过内密封压环（8）和内密封胶片（9）将其密封。

3.根据权利要求2所述的一种半截气囊加压固化绝热层工艺装置，其特征在于：所述U型涨圈包括涨圈环（12）、扩张臂；涨圈环朝向半截气囊（3）方向呈现U形，在U形槽内装有弹性橡胶体圈；扩张臂包括扩张臂Ⅰ（13）、扩张臂Ⅱ（14），扩张臂Ⅰ（13）和扩张臂Ⅱ（14）通过螺纹连接，通过拧动扩张臂Ⅱ（14）可使扩张臂伸长或收缩。

4.根据权利要求1所述半截气囊加压固化绝热层装置，其特征在于：所述大堵盖结构为凸台结构，凸出部位伸入发动机壳体内部。

5.一种半截气囊加压固化绝热层方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）发动机绝热层粘贴完毕后，将半截气囊开口部位采用压环及螺栓固定在壳体固化大堵盖上；

2）将连接气囊的固化堵盖及成型工艺环通过对接到壳体机口螺纹孔，然后进行紧固安装；

3）采用装有气袋的U型涨圈实现半截气囊固定在筒段部位；

4）通过在气袋上进行充气加压，实现气囊密封；

5）安装头部密封装置和尾部小堵盖，并对壳体内进行充气加压，在一定的温度和压力下对绝热层进行固化；

6）拆卸固化工装，取出气囊、气袋和涨圈等装置。