CN110953929B

CN110953929B - 碳纤维复合材料易碎盖

Info

Publication number: CN110953929B
Application number: CN201911099261.2A
Authority: CN
Inventors: 苑晓旭; 徐志明; 许以欣; 徐澧明; 蔡登安
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2022-04-08
Anticipated expiration: 2039-11-12
Also published as: CN110953929A

Abstract

本发明公开了一种碳纤维复合材料易碎盖，属于导弹发射装置领域，本发明的易碎盖为一个整体，包括法兰面以及法兰面中间设置的抛出体，所述的抛出体与法兰面连接处区域设置有薄弱区；薄弱区上开设一系列孔或槽，所述的孔或槽区域通过树脂材料填充；所述的易碎盖的法兰面、抛出体的整体圆形平板采用碳纤维铺层；本发明是一种结构简单、承载能力强、结构重量轻、稳定性好，具有气密、承压、开盖及电磁屏蔽等多功能的平板型复合材料发射箱盖。

Description

碳纤维复合材料易碎盖

技术领域

本发明属于导弹发射装置领域，具体是一种碳纤维复合材料易碎盖。

背景技术

导弹发射箱盖是导弹发射装置的重要组成部分。在导弹日常贮存时，发射箱内充有一定的惰性气体避免弹头电子元件受到腐蚀，箱盖须具有良好的气密性并保护导弹不受损伤；在导弹发射时，须快速打开保证导弹的正常发射。因此，导弹发射箱盖的设计是影响导弹发射效率的重要因素之一。传统的机械发射箱盖一般使用机械盖或爆破，其制作材料大多为金属。机械打开盖通常质量比较大，不仅增加了整个发射系统的重量，而且还需要专门的传动机构和伺服控制机构，长期存放容易产生机械故障，打开时间较长，不利于导弹的快速作战反应。爆破打开盖虽然开启比较迅速，但使用和维护的成本较高，且长期贮存时火工品易失效，爆炸螺栓爆破时，导弹头部的电子元件容易受到损伤。

复合材料具有轻质高强、耐腐蚀性好、可设计性强等优点，已经被广泛应用于航空航天、车辆、建筑、医疗等领域。采用复合材料制备的导弹发射箱盖很好地解决了传统发射箱盖质量大、成本高、反应时间长等缺陷。

为提高导弹发射效率，满足部队快速作战的要求，国外已经研制出一种复合材料易碎薄膜箱盖（详见US Pat.4498368, 1985）。该种箱盖能承受一定的均布压力且在较小的集中力下就可使箱盖以预订轨迹破碎，反应迅速，提高了导弹发射效率。但该种复合材料发射箱盖需在导弹端部的作用下破坏，箱盖必然会对与之接触的导弹弹头产生一定的不利影响。国内的一种整体冲破式复合材料薄膜盖（详见CN 1844839A, 2006），利用导弹发射前引擎产生的气流冲击薄膜盖，薄膜盖以预定轨迹整体破坏，不会对导弹发射产生不利影响。但该种薄膜盖铺设的机织布层数较多，薄膜盖较厚，使用时较为笨重，且分离区范围较大，易形成内部缺陷，造成整体性能下降，质量稳定性较难控制。因此，此类型的发射箱盖实际应用时存在一定的局限性。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种碳纤维复合材料易碎盖，该易碎盖的抛出体与法兰面由碳纤维布层通过环氧树脂胶为基体固化成型而成；薄弱区（2）经由原平板加工出槽或孔，填充树脂成形，本发明是一种结构简单、承载能力强、结构重量轻、稳定性好，具有气密、承压、开盖及电磁屏蔽等多功能的平板型复合材料发射箱盖，解决了现有的导弹发射箱盖存在的缺陷。

本发明是这样实现的：

一种碳纤维复合材料易碎盖，所述的易碎盖为一个整体，包括法兰面以及法兰面中间设置的抛出体，所述的抛出体与法兰面连接处区域设置有薄弱区；所述的薄弱区上开设一系列孔或槽，所述的孔或槽区域通过树脂材料填充，薄弱区采用挖槽或挖孔浇注树脂处理，气密性良好；所述的易碎盖的法兰面、抛出体的整体圆形平板采用碳纤维铺层。该铺层结构形成准各向同性复合材料发射箱盖结构，可均匀承受较大压力范围而保持性能稳定，提高发射箱盖的承压及抗变形能力。

进一步，所述的所述的法兰面为圆环结构，法兰面、抛出体由碳纤维铺层通过环氧树脂胶为基体固化成型而成，中间的薄弱区在整体圆形平板上开槽或者开孔得到，薄弱区由原平板加工出槽或孔，加以填充树脂成形，保证发射箱盖良好的密封性。

进一步，所述的法兰面、薄弱区、抛出体均为圆形状，并且三者同心。

进一步，所述的碳纤维布层为阶梯铺层结构，即[(0/90)(±45)(0/90)]_s。

进一步，所述的薄弱区上开设腰果形孔。

本发明与现有技术的有益效果在于：

基于导弹在发射前贮存于发射箱内，此时箱内存在一定的保护气体，并存在一定的内压。发射箱通过上下两侧的发射箱盖密封，导弹发射前箱盖须承受一定的内压并具备良好的密封性能。承受一定内压的发射箱盖会产生变形，箱盖中心（即抛出体中心）向外侧弯曲，产生一定的挠度。由复合材料力学知识可知，使用碳纤维复合材料可以保证在质量较轻的情况下承受较大内压不至导致盖体变形过大，提高了箱盖的抗弯刚度，降低了箱盖承压时的挠曲变形，可以满足发射箱盖限定的变形要求。导弹点火时，在其尾部产生高速燃气流，并迅速冲击发射箱上下两侧的发射箱盖，此刻，箱盖达到设定的耐压值，薄弱区迅速裂开，抛出体与框架分离，继而导弹顺利发射出去。本发明采用薄弱区挖槽设计和薄弱区挖洞填充树脂设计，相比盖体各部分通过胶结连接，作为一个整体的箱盖有更好的气密性与耐压性，在储存运输过程中薄弱区不易断裂，在导弹点火后箱体内压迅速增大时不易漏气。

与传统技术中的玻璃纤维相比，本发明采用碳纤维有着玻璃纤维三倍的杨氏模量，整体性能更好，在达到一定的承压要求下碳纤维复合材料盖体质量更轻，抛出落下后不会对周围设施产生较大破坏。

本发明结构简单、承载能力强、结构重量轻、稳定性好，具有气密、承压、开盖及电磁屏蔽等多功能。

附图说明

图1为本发明实施例1中的碳纤维复合材料易碎盖结构示意图；

图2为本发明实施例1中的碳纤维复合材料易碎盖剖面结构图（开槽）；

图3为本发明实施例2、3中的碳纤维复合材料易碎盖结构示意图（开孔）；

图4为本发明实施例2、3中的碳纤维复合材料易碎盖局部结构示意图（开孔）；

图5为本发明实施例2、3中的碳纤维复合材料易碎盖剖面结构图（开孔）；

其中，1-法兰面，2-薄弱区，3-抛出体，4-槽或孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，一种碳纤维复合材料易碎盖，主要以碳纤维布以及环氧树脂胶为主体材料设计制作导弹发射箱盖。具体而言，本发明的多功能平板型复合材料发射箱盖主要包括：法兰面1，法兰面为一个圆环，中间设置抛出体3；薄弱区2位于法兰面1和抛出体3连接的中间处，为一个与法兰面同心的圆环；抛出体3为一个与法兰面和薄弱区同心的圆形，采用碳纤维铺层。

如图2所示，所示的是一种碳纤维复合材料易碎盖剖面结构，中间薄弱区2在整体圆形平板上开设槽4得到，整体圆形平板由碳纤维铺层得到，采用环氧树脂胶为基体固化成型而成，所述的碳纤维布层为阶梯铺层结构，即[(0/90)(±45)(0/90)]_s。碳纤维材料与传统的玻璃纤维材料相比，强度高，抗弯性能好，同时增强了盖体的电磁屏蔽性。该种盖形结构简单、承载能力强、结构重量轻、稳定性好，具有气密、承压、开盖及电磁屏蔽等多种功能。

实施例2

如图3所示，所示的是一种碳纤维复合材料易碎盖，主要以碳纤维布以及环氧树脂为主体材料设计制作导弹发射箱盖。具体而言，本发明的碳纤维复合材料易碎盖主要包括：法兰面1，法兰面为一个圆环，中间为抛出体3；薄弱区2位于法兰面1和抛出体3连接的中间处，为一个与法兰面1同心的圆环，该圆环部分开出固定数目的腰果形孔，如图4所示，孔内填充树脂材料；所述的抛出体3为一个与法兰面和薄弱区同心的圆形，采用碳纤维铺层。

如图5所示的一种碳纤维复合材料易碎盖剖面结构，所示其铺层方式与实施例1相同。在薄弱区部分按照固定的尺寸、固定的数量开出腰果形孔，并填充环氧树脂，在设定盖体整体直径为300mm时，孔的个数为32个，孔的径向宽度为8mm，孔间最短距离为4mm。此实施例根据圆形导弹发射箱而配备该形状的发射箱盖，该结构具有受力均匀性，仅在需要断裂的薄弱区有有利的应力集中现象。

实施例3

如图3所示，一种碳纤维复合材料易碎盖，主要以碳纤维布以及环氧树脂为主体材料设计制作导弹发射箱盖。具体而言，本发明的碳纤维复合材料易碎盖主要包括：法兰面1，法兰面为一个圆环；薄弱区2，薄弱区位于法兰面和抛出体连接的中间处，为一个与法兰面同心的圆环，该圆环部分开出固定数目的腰果形孔，如图4所示，孔内填充树脂材料；抛出体3，所述的抛出体为一个与法兰面和薄弱区同心的圆形，采用碳纤维铺层。

如图5所示的一种碳纤维复合材料易碎盖剖面结构，所示其铺层方式与实施例1相同。在薄弱区部分按照固定的尺寸、固定的数量开出腰果形孔，并填充环氧树脂，在设定盖体整体直径为300mm时，孔的个数为32个，孔的径向宽度为8.5mm，孔间最短距离为4mm。此实施例根据圆形导弹发射箱而配备该形状的发射箱盖，该结构具有受力均匀性，仅在需要断裂的薄弱区有有利的应力集中现象。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种碳纤维复合材料易碎盖，其特征在于，所述的易碎盖为一个整体，包括法兰面（1）以及法兰面（1）中间设置的抛出体（3），所述的抛出体（3）与法兰面（1）连接处区域设置有薄弱区（2）；所述的薄弱区（2）上开设一系列孔或槽，所述的孔或槽区域通过树脂材料填充；所述的易碎盖的法兰面（1）、抛出体（3）的整体圆形平板采用碳纤维铺层；

所述的法兰面（1）、抛出体（3）由碳纤维铺层通过环氧树脂胶为基体固化成型而成，中间的薄弱区（2）在整体圆形平板上开槽或者开孔得到；所述的薄弱区（2）上开设腰果形孔；

薄弱区按照固定的尺寸、固定的数量开出腰果形孔，并填充环氧树脂，作为一个整体的箱盖有更好的气密性与耐压性，在储存运输过程中薄弱区不易断裂，在导弹点火后箱体内压迅速增大时不易漏气；所述的易碎盖整体直径为300mm时，孔的个数为32个，孔的径向宽度为8mm或者8.5mm，孔间最短距离为4mm。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料易碎盖，其特征在于，所述的法兰面（1）、薄弱区（2）均为圆环状结构；抛出体（3）为圆形状；并且法兰面（1）、薄弱区（2）、抛出体（3）同心设置。

3.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料易碎盖，其特征在于，所述的碳纤维铺层为阶梯铺层结构，即[(0/90)(±45)(0/90)]_s。