CN109927880B - 一种三角曲面型燕尾槽式复合材料舵基板及其安装方法 - Google Patents
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Abstract
一种三角曲面型燕尾槽式复合材料舵基板及其安装方法，舵基板的下表面与所安装舱段壳体处型面共型；下表面设置燕尾槽，所述燕尾槽的中心面作为整个舵基板的中心面；上表面中心为三角平面，上表面的两端面与所述的中心面平行；三角平面与上述两端面之间平滑过渡；所述的三角平面相对舵基板的下表面倾斜且三角平面顶点位于舱段壳体外防热表面上。本发明通过采用圆滑三角曲面结构气动外形，改善舵基板周围热环境；通过舵基板梯形燕尾槽及金属壳体燕尾块插接方式安装于飞行器表面，简化传统防热塞子、多螺纹连接接口结构，减少打磨工序，提高了生产总装操作性。
Description
技术领域
本发明属于防热结构设计领域。
背景技术
高超声速飞行器舵系统执行机构处的热环境十分恶劣，为了优化气动热条件，加强对空气舵及舵轴结构的热防护，一般通过的弹体外表面安装舵基板结构进行整流防热设计。目前大部分大型战术飞行器的舵基板结构均是通过在舵基板打通孔与弹体金属壳体外的安装凸台相配合，并通过连接螺钉进行紧固安装，由于舵基板外表面有安装孔，还需要单独设计防热塞子进行封孔防护，为了保证外表面圆滑还需对防热塞子进行打磨处理，该结构螺纹连接较多且增加了总装过程的复杂性。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种适用于高超声速飞行器执行机构舵系统的局部防热结构。
本发明的技术解决方案是：一种三角曲面型燕尾槽式复合材料舵基板，舵基板的下表面与所安装舱段壳体处型面共型；下表面设置燕尾槽，所述燕尾槽的中心面作为整个舵基板的中心面；上表面中心为三角平面，上表面的两端面与所述的中心面平行；三角平面与上述两端面之间平滑过渡；所述的三角平面相对舵基板的下表面倾斜且三角平面顶点位于舱段壳体外防热表面上。
优选的，所述的三角平面相对舵基板的下表面倾斜角度小于20°。
优选的，燕尾槽的底面与所述三角平面相平行。
优选的，所述的舵基板下表面曲面宽度大于舵摆宽度。
优选的，所述的三角平面的底边长度至少占舵基板的下表面曲面宽度的2/3。
优选的，所述的三角平面为等腰三角平面，等腰三角形的高位于所述的中心面内。
优选的，所述的舵基板材料为使用温度大于飞行中结构表面最大温度的防隔热烧蚀材料。
优选的，所述的平滑过渡具体通过下述方式实现：
首先从三角平面的两个侧边向着舱段壳体方向设置倾斜平面，倾斜平面与所述的三角形侧边平滑过渡；倾斜平面与所述的舵基板的两端通过另外一个平面平滑过渡，该平面相对燕尾槽中心面的夹角大于所属倾斜平面相对燕尾槽中心面的夹角。
一种所述舵基板的安装方法，通过下述方式实现：
将舵基板进行试装，允许打磨舵基板上燕尾槽长度方向尺寸，使舵基板安装后满足后端面的安装限位距离要求；同时确定舱段壳体上的打毛涂胶区域；
将舵基板下表面、燕尾槽内表面、舱段壳体打毛涂胶区域以及舱段壳体上的燕尾块外表面进行打毛并涂胶；
涂胶完成后将舵基板通过燕尾槽为上述燕尾块进行匹配安装；
安装完成后，在舵基板上喷涂外防热材料与舱段壳体外表面防热平滑过渡。
优选的，在喷涂外防热材料前，在舱段壳体内部向外通过分布在燕尾槽两侧的连接螺钉，将舵基板与舱段壳体可靠连接在一起。
优选的，安装完成后，舵基板的后端面与舱段壳体端面平行度不小于0.2mm。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)舵基板圆滑三角曲面结构气动外形设计
本发明是一种适用于高超声速飞行器执行机构舵系统的局部防热结构，该三角曲面型燕尾槽式复合材料舵基板结构不仅可以满足对舵前缘、舵轴的防隔热功能，采用圆滑三角曲面结构气动外形，可优化飞行器局部凸起物的气动外形设计，有效优化了飞行器表面凸起物的气动整流形式，降低周围恶劣热环境。且该结构及材料还具有良好的隔热、耐气流烧蚀和冲刷性能，起到热防护作用，保证舵系统结构的温度要求及使用可靠性。
(2)复合材料舵基板与金属壳体燕尾槽连接安装设计
飞行器舱段壳体表面复合材料局部凸起物传统采用外部设置螺钉安装通孔与壳体螺纹块相连接的固定安装方式，并在凸起物安装通孔使用防热塞子进行封堵。在该复合材料舵基板结构设计中创新提出通过梯形燕尾槽与舱段壳体燕尾块插接方式进行连接固定，不仅保证了结构的有效连接、降低加工精度要求，更保证了舵基板结构完整性，简化传统防热塞子、多螺纹连接接口结构，减少打磨工序，提高了生产工艺操作性。该三角曲面型燕尾槽式复合材料舵基板结构可应用于各类高超声速飞行器空气舵及舵轴的防热设计。
附图说明
图1为本发明三角曲面型燕尾槽式舵基板结构组成及安装示意图；
图2为本发明三角曲面型燕尾槽式舵基板结构外形示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实例对本发明作详细说明。
本发明通过采用圆滑三角曲面结构气动外形，改善舵基板周围热环境；通过舵基板梯形燕尾槽及金属壳体燕尾块插接方式安装于飞行器表面，简化传统防热塞子、多螺纹连接接口结构，减少打磨工序，提高了生产总装操作性；复合材料舵基板结构可对飞行器执行机构舵系统起到热防热作用。具体的，一种高超声速飞行器三角曲面型燕尾槽式复合材料舵基板结构，一般位于舵系统前缘结构前端，安装于飞行器外表面，其结构组成及安装示意如图1所示。
如图2所示，舵基板1的下表面与所安装舱段壳体处型面共型；下表面设置燕尾槽3，所述燕尾槽的中心面作为整个舵基板的中心面；上表面中心为三角平面，上表面的两端面与所述的中心面平行；三角平面与上述两端面之间平滑过渡；所述的三角平面相对舵基板的下表面倾斜且三角平面顶点位于舱段壳体外防热表面上。
舵基板1采用燕尾块3限位、两个连接螺钉5与粘接胶6胶粘的安装方式。舵基板1材料选用石英/酚醛，通过限位工装保证舵基板1后端面的安装限位距离为25mm。金属底板2是飞行器壳体结构，材料选用高温高强度钢材，上面焊接有金属材质的燕尾块3并开有2个与连接螺钉5进行安装的螺纹孔。正式安装要求将舵基板1与金属底板2的所有粘接面及连接螺钉5螺纹处涂抹均匀粘接胶6。安装完待粘接胶6固化后，在舵基板1周围喷涂外防热材料4形成完整的舵基板防热结构。舵基板1外形结构如图2所示。
舵基板的三角平面相对舵基板的下表面倾斜角度小于20°。燕尾槽的底面与所述三角平面相平行。所述的舵基板下表面曲面宽度大于舵摆宽度。三角平面的底边长度至少占舵基板的下表面曲面宽度的2/3。三角平面为等腰三角平面，等腰三角形的高位于所述的中心面内。
舵基板的三角平面与舵基板的两端面之间平滑过渡，首先从三角平面的两个侧边向着舱段壳体方向设置倾斜平面，倾斜平面与所述的三角形侧边平滑过渡；倾斜平面与所述的舵基板的两端通过另外一个平面平滑过渡，该平面相对燕尾槽中心面的夹角大于所属倾斜平面相对燕尾槽中心面的夹角。
三角曲面型燕尾槽式复合材料舵基板结构的热防护效果是否满足使用要求，通过电弧风洞试验进行考核验证，根据试验结果表明，烧蚀后除表漆结痂掉块，舵基板1与其他防热结构完整无裂纹，缝隙无开裂现象，交界处粘接良好。金属底板2背壁最高温升为210℃，小于材料使用温度350℃，说明该三角曲面型燕尾槽式复合材料舵基板结构设计合理可行。
在安装中，先进行舵基板1的试装，用胶带划分涂胶区域定位线，若舵基板1上的燕尾槽与金属底板2上的燕尾块3出现干涉，允许打磨舵基板1干涉处保证安装到位，之后通过限位工装保证舵基板1后端面的安装限位距离。试装满足安装要求后进行正式安装，将舵基板1与金属底板2的所有粘接面及连接螺钉5螺纹处均需要粘接胶6，粘接面在粘接前打磨并用酒精或丙酮清洗，胶接前对舵基板1周围及金属底板2表面进行保护。安装固化后，在舵基板1周围喷涂外防热材料4形成完整的舵基板防热结构。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
Claims (11)
1.一种三角曲面型燕尾槽式复合材料舵基板，其特征在于：舵基板的下表面与所安装舱段壳体处型面共型；下表面设置燕尾槽，所述燕尾槽的中心面作为整个舵基板的中心面；上表面中心为三角平面，上表面的两端面与所述的中心面平行；三角平面与上述两端面之间平滑过渡；所述的三角平面相对舵基板的下表面倾斜且三角平面顶点位于舱段壳体外防热表面上。
2.根据权利要求1所述的舵基板，其特征在于：所述的三角平面相对舵基板的下表面倾斜角度小于20°。
3.根据权利要求1所述的舵基板，其特征在于：燕尾槽的底面与所述三角平面相平行。
4.根据权利要求1所述的舵基板，其特征在于：所述的舵基板下表面曲面宽度大于舵摆宽度。
5.根据权利要求4所述的舵基板，其特征在于：所述的三角平面的底边长度至少占舵基板的下表面曲面宽度的2/3。
6.根据权利要求1所述的舵基板，其特征在于：所述的三角平面为等腰三角平面，等腰三角形的高位于所述的中心面内。
7.根据权利要求1所述的舵基板，其特征在于：所述的舵基板材料为使用温度大于飞行中结构表面最大温度的防隔热烧蚀材料。
8.根据权利要求1所述的舵基板，其特征在于：所述的平滑过渡具体通过下述方式实现：
首先从三角平面的两个侧边向着舱段壳体方向设置倾斜平面，倾斜平面与三角形侧边平滑过渡；倾斜平面与所述的舵基板的两端通过另外一个平面平滑过渡，所述的另外一个平面相对燕尾槽中心面的夹角大于所属倾斜平面相对燕尾槽中心面的夹角。
9.一种权利要求1所述的三角曲面型燕尾槽式复合材料舵基板的安装方法，其特征在于通过下述方式实现：
将舵基板进行试装，允许打磨舵基板上燕尾槽长度方向尺寸，使舵基板安装后满足后端面的安装限位距离要求；同时确定舱段壳体上的打毛涂胶区域；
将舵基板下表面、燕尾槽内表面、舱段壳体打毛涂胶区域以及舱段壳体上的燕尾块外表面进行打毛并涂胶；
涂胶完成后将舵基板通过燕尾槽为上述燕尾块进行匹配安装；
安装完成后，在舵基板上喷涂外防热材料与舱段壳体外表面防热平滑过渡。
10.根据权利要求9所述的安装方法，其特征在于：在喷涂外防热材料前，在舱段壳体内部向外通过分布在燕尾槽两侧的连接螺钉，将舵基板与舱段壳体连接在一起。
11.根据权利要求9或10所述的安装方法，其特征在于：安装完成后，舵基板的后端面与舱段壳体端面平行度不小于0.2mm。
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