CN111734553B - 一种双脉冲发动机燃烧室壳体及成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双脉冲发动机燃烧室壳体及成型方法，通过对双脉冲发动机燃烧室壳体和隔离装置设计，经过材料优选，工艺和结构优化，选择复合材料作为隔离装置和燃烧室壳体的材质，成型时，先成型复合材料隔离装置，然后整体灌注一体成型燃烧室壳体。制备得到的双脉冲发动机燃烧室壳体，质量轻、隔离装置中心无开孔，不需要再添加其他密封结构，密封严密，另外隔离装置也为整体复合材料结构，质量轻，耐高内压/低压溃压强的工作环境，稳定可靠。保证隔离装置分别对双脉冲两燃烧室壳体的密封性能，消除间隙，密封严密，成型方式简单，质量轻、高可靠、成本低，隔离装置与壳体一同成型后，减少后期安装步骤，提高装机效率。

Description

一种双脉冲发动机燃烧室壳体及成型方法
技术领域
本发明属于航空航天技术领域，具体涉及一种双脉冲发动机燃烧室壳体及成型方法。
背景技术
双脉冲发动机利用隔离装置将固体发动机的燃烧室分成两部分，进行两次点火，合理分配推力及两脉冲间隔时间，实现导弹飞行弹道的最优控制和发动机能量的最优管理，全面提高各类战术导弹系统的性能。目前，双脉冲发动机燃烧室壳体分为整体钢结构和整体纤维缠绕结构两种，双脉冲发动机的Ⅰ阶和Ⅱ阶脉冲药柱靠隔离装置进行分开。
现在双脉冲发动机燃烧室结构为壳体与隔离装置分别成型，壳体与隔离装置后期连接安装，组装不便，且壳体与隔离装置组装部位易出现粘接不牢靠，出现Ⅰ阶与Ⅱ阶密封的问题。
例如中国专利申请CN201910769142.7，公开了一种双脉冲固体发动机，采用一种整体隔层式双脉冲的制作方法，将隔层分为轴向隔层和径向隔层两个部分，轴向隔层与壳体一体成型，径向隔层与轴向隔层通过粘接连接。但其粘接位置为薄弱部位，易出现质量不稳定，易在承受内压情况下断开或泄露。
例如中国专利申请CN201811628188.9，公开了一种径向隔层式双脉冲发动机，其一种径向隔层式双脉冲发动机的制作方法，隔层将Ⅱ阶燃烧室壳体内腔分隔成Ⅰ阶燃烧室和Ⅱ阶燃烧室，但隔层是绝热套和金属连接套组成，质量较重，会增加发动机的惰性重量。
又如中国专利申请CN201811628177.0，公开了一种带药缠绕一体化结构的双脉冲发动机及制作方法，其隔层为软质隔层，通过软质隔层将燃烧室分为两个部分，但此成型工艺复杂，软质隔层不易直接成型，操作不便，另外软质隔层不能承受Ⅰ阶脉冲较大的内压。
因此，迫切需要研制一种结构简单、质量轻，隔离装置能承载Ⅰ阶脉冲高内压和Ⅱ阶脉冲低外压的一体化双脉冲发动机燃烧室壳体。
发明内容
本发明针对现有技术中，双脉冲发动机燃烧室壳体重量重、隔离装置不易密封、不能承受大的高内压/低压溃压强比等缺点，提供了一种双脉冲发动机燃烧室壳体及成型方法，根据双脉冲发动机燃烧室壳体和隔离装置的承载要求，选择复合材料作为隔离装置和燃烧室壳体的材质，以三元乙丙橡胶或丁腈橡胶作为绝热结构，碳纤维/环氧复合材料作为承载结构，隔离装置将燃烧室壳体分为两个部分，且隔离装置满足Ⅰ阶脉冲高内压、Ⅱ阶脉冲低压溃压强的应用环境，以降低发动机的惰性重量，增加导弹的有效射程。
本发明所述的一种双脉冲发动机燃烧室壳体，其包括：
Ⅰ阶燃烧室壳体、后连接金属件、Ⅱ阶燃烧室壳体、前连接金属件和隔离装置；
Ⅰ阶燃烧室壳体有后开口，通过后连接金属件与喷管连接；
Ⅱ阶燃烧室壳体有前开口；通过前连接金属件与弹身连接；
隔离装置位于双脉冲发动机燃烧室壳体中部，将双脉冲发动机燃烧室壳体隔离成Ⅰ阶燃烧室壳体与Ⅱ阶燃烧室壳体，隔离装置内绝热层和隔离装置外绝热层分别与Ⅰ阶燃烧室壳体绝热层与Ⅱ阶燃烧室壳体绝热层一体成型，各自形成独立的内腔；
通过隔离装置位置变化以调整Ⅰ阶燃烧室和Ⅱ阶燃烧室脉冲量。
上述一种双脉冲发动机燃烧室壳体的成型方法，包括以下步骤：
1)结构设计：
根据双脉冲发动机燃烧室壳体不同阶段的燃烧冲量对双脉冲发动机Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体和隔离装置的载荷、气流温度、烧蚀时间的不同，将整体结构分为两部分，即承载层和绝热层；
采用abaqus仿真模拟软件对双脉冲发动机Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体承受内压和隔离装置承受内压、外压溃压强进行模拟仿真分析，要求双脉冲发动机Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体承受高内压、隔离装置在Ⅰ阶脉冲的作用下承受高内压、隔离装置在Ⅱ阶脉冲作用下在低压溃压强下被破坏，计算出双脉冲发动机Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体与隔离装置的纤维铺层角度和厚度；
2)材料选择：
绝热层选自三元乙丙橡胶或丁腈橡胶；
增强材料选择碳纤维布、玻璃纤维布、石英纤维布中的一种；
基体选择酯环族环氧树脂、酚醛树脂、聚芳基乙炔、氰酸酯树脂烧蚀防热类树脂中的一种；
材料体系由增强材料和基体组成，其中纤维含量为70-78％；
3)成型工艺：
①砂芯模制备：
制备Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯、Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯，加工砂芯；
②隔离装置成型：
利用Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯圆弧面成型，先铺放隔离装置内绝热层，再铺放纤维布，外表面包覆脱膜布、导流网、真空袋膜，保证密封，抽真空；
灌注树脂，固化，固化完成后清理干净，加工掉多余部分，隔离装置表面用砂纸打磨，使用易挥发的溶剂处理干净，表面涂刷偶联剂，铺放隔离装置外绝热层；
③Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体成型：
Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯和Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯组装一起，已成型的隔离装置位于两砂芯中间，两砂芯架起，一端固定，另一端顶紧，通过打表，调整至同一轴度；
Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯和Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯表面铺放绝热层，Ⅰ阶燃烧室壳体绝热层与隔离装置内绝热层内侧粘接，Ⅱ阶燃烧室壳体绝热层与隔离装置外绝热层粘接；
前连接金属件和后连接金属件喷砂处理，使用易挥发的溶剂擦拭干净，涂刷偶联剂，前连接金属件与Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯左端绝热层粘接、后连接金属件与Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯右端绝热层粘接；前连接金属件用前连接金属件固定工装、前连接金属件定位工装固定牢固；后连接金属件用后连接金属件固定工装、后连接金属件定位工装固定牢固；
将带有绝热层的表面用易挥发的溶剂擦拭干净，涂刷偶联剂，将自动裁布机裁剪完成的纤维布，按设计纤维角度进行铺层；
包覆脱膜布、导流网、真空袋膜，整体抽真空；
灌注树脂；
放入固化炉固化；
固化完成后清理表面辅料，用高压热水枪冲洗Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯和Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯，将成型芯轴-1和成型芯轴-2分别从两侧小心抽出，处理干净，Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体成型，得到双脉冲发动机燃烧室壳体。
本发明步骤1)所述的高内压，是指≥40MPa，所述的低压是≤1.5MPa。
步骤1)所述的采用abaqus仿真模拟软件对双脉冲发动机Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体承受内压和隔离装置承受内压、外压溃压强进行模拟仿真分析，是指：采用abaqus软件对Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体与隔离装置承受载荷进行仿真分析，要求Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体承受弹药点燃烧后高内压不破坏，隔离装置承受Ⅰ阶燃烧室壳体弹药点燃后的高内压，Ⅱ阶燃烧室壳体点火后在低压的条件下瞬间被破坏，计算出结构层纤维铺层厚度、方向及各方向纤维铺层层数。
abaqus软件仿真过程中，先通过三维绘图软件如UG，绘制三维图形并保存，然后导出为STP或IGS等格式，导入至abaqus软件，然后进入网格划分模块，为划分出高质量网格，将模型拆分为若干区域，采用SC8R连续壳单元对模型进行网格划分，指派材料堆叠方向；网格划分完成进入属性模块，对材料属性进行定义(如强度、模量、泊松比等材料参数)，指派铺层角度；在装配模块导入待分析实例，载荷模块定义边界条件及载荷(如内压40MPa)，同时对Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体与隔离装置输入需承载要求。
步骤1)所述的计算出壳体部位与隔离装置的纤维铺层角度和厚度，各部分依据设计要求调整铺层的纤维角度为0°、15°、-15°、30°、-30°、45°、-45°、60°、-60°、75°、-75°、90°中的一种或多种，铺层厚度0.2-10mm，纤维角度使用自动裁布机实现。
步骤1)所述的计算出Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体与隔离装置的纤维铺层角度、厚度及层数，是依据结构层的设计要求，纤维铺层角度为0°、15°、-15°、30°、-30°、45°、-45°、60°、-60°、75°、-75°、90°中的一种或多种(按照轴向方向定义)，纤维布使用自动裁布机进项裁剪，得到所需角度及形状；铺放时按设计的纵横比，对所需铺层所在的位置进行设计，如90°穿插在不同位置。纤维布铺层厚度0.2-10mm。绝热层依据推进剂燃气性质、内腔气动力等环境进行选择，绝热层厚度依据不同部位承受的高温及承受壳体和推进剂药柱应变进行设计，保证燃烧室壳体不被烧坏，还要保证燃烧室壳体不过热，厚度为0.5mm-10mm。
步骤2)所述的增强材料，选择T700碳纤维布、T800碳纤维布的一种，面密度为200-800TEX；
步骤2)所述的材料体系，选择T700碳纤维布、T800碳纤维布中的一种/酯环族环氧体系树脂，碳纤维布面密度为200-800TEX，角度为0-90°，整体抽真空使真空度＜-0.085Mpa，纤维含量为70-78％。
步骤3)中所述的②隔离装置成型，是：
利用Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯圆弧面成型，先铺放三元乙丙橡胶或丁腈橡胶，厚度0.5-5mm，再铺放纤维布，厚度0.2-10mm，角度为0°、15°、-15°、30°、-30°、45°、-45°、60°、-60°、75°、-75°、90°中的一种或多种，外表面包覆脱膜布、导流网、真空袋膜，保证密封，抽真空，真空度为-0.085--1.0MPa，30min不掉压；
灌注树脂，树脂体系为树脂+固化剂+促进剂，质量比为100:80-120：0.5-2.5；固化温度为90℃1.5h，120℃2h，160℃4h，升温速率1-2℃/min；固化完成后清理干净，加工掉多余部分，隔离装置内外表面用砂纸打磨，使用易挥发的溶剂处理干净，表面涂刷偶联剂，铺覆一层绝热层。
步骤3)中所述的③Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体成型，是：
Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯和Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯组装一起，隔离装置位于两砂芯中间，两砂芯架起，一端固定，另一端顶紧，通过打表，调整至同一轴度；
砂芯表面铺放绝热层，Ⅰ阶燃烧室壳体绝热层与隔离装置内绝热层粘接，Ⅱ阶燃烧室壳体绝热层与隔离装置外绝热层粘接；前连接金属件和后连接金属件喷砂处理，所采用的压缩空气压力为0.4-1.0MPa，使用易挥发的溶剂擦拭干净，前连接金属件与Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯左端绝热层粘接、后连接金属件与Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯右端绝热层粘接；前连接金属件用前连接金属件固定工装、前连接金属件定位工装固定牢固；后连接金属件用后连接金属件固定工装、后连接金属件定位工装固定牢固；
将带有绝热层的表面用易挥发的溶剂擦拭干净，涂刷偶联剂，将自动裁布机裁剪完成的纤维布，按设计纤维角度进行铺层；
包覆脱膜布、导流网、真空袋膜，整体抽真空使真空度＜-0.085--1.0MPa，30min不掉压；
灌注树脂，树脂体系为环氧树脂+固化剂+促进剂，质量比为100:80-120：0.5-2.5；
放入固化炉固化，固化制度：升温速率1-2℃/min，90℃1.5h，120℃2h，160℃4h；
固化完成后清理表面辅料，用高压热水枪冲洗Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯和Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯，将成型芯轴-1和成型芯轴-2分别从两侧小心抽出，处理干净，Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体成型，得到双脉冲发动机燃烧室壳体。
步骤3)所述的固化剂选自氨类固化剂，促进剂选自苄胺；所述的易挥发的溶剂，选自丙酮、酒精、乙酸乙酯的一种；所述的偶联剂是硅烷偶联剂，涂刷偶联剂是为了增加与橡胶的粘接强度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过对双脉冲发动机燃烧室壳体和隔离装置设计，根据复合材料的可设计性，经过材料优选，工艺和结构优化，选择复合材料作为隔离装置和燃烧室壳体的材质，隔离装置为碳纤维复合材料材质，隔离装置两面粘接绝热层，分别与Ⅰ阶燃烧室壳体和Ⅱ阶燃烧室壳体的绝热层连接，保证两个壳体内部的密封与绝热。
2、本发明制备得到的双脉冲发动机燃烧室壳体，质量轻、隔离装置中心无开孔，且一体成型，隔离装置采用真空灌注的工艺预先成型，调整Ⅰ阶燃烧室壳体和Ⅱ阶燃烧室壳体两砂芯同轴度，表面铺绝热层后与预先成型隔离装置一同铺碳纤维布，采用真空灌注的工艺再整体一体成型，不需要再添加其他密封结构，密封严密，另外隔离装置也为整体复合材料结构，质量轻，耐高内压/低压溃压强的工作环境，稳定可靠。
3、本发明一种双脉冲发动机燃烧室壳体的成型方法，成型时，先成型复合材料隔离装置，然后整体灌注成型燃烧室壳体，双脉冲发动机燃烧室壳体隔离装置中心无开孔的成型方式，燃烧室壳体和隔离装置一体成型，隔离装置为复合材料，密封严密，隔离装置能承受较大的大的高内压/低压溃压强比，保证隔离装置分别对双脉冲两燃烧室壳体的密封性能，消除间隙，密封严密，另外成型方式简单，质量轻、高可靠、成本低，隔离装置与壳体一同成型后，减少后期安装步骤，提高装机效率。
附图说明
图1是本发明实施例制备得到的双脉冲发动机燃烧室壳体的结构示意图。
图2是本发明实施例制备得到的双脉冲发动机燃烧室壳体的Ⅰ阶燃烧室壳体与隔离装置成型结构示意图。
图3是本发明实施例制备得到的双脉冲发动机燃烧室壳体的Ⅱ阶燃烧室壳体成型结构示意图。
图4是本发明实施例制备得到的双脉冲发动机燃烧室壳体的产品结构示意图。
图1至图4中：1.成型芯轴-1；2.前连接金属件固定工装；3.前连接金属件定位工装；4.前连接金属件；5.Ⅱ阶燃烧室壳体；6.Ⅱ阶燃烧室绝热层；7.Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯；8.隔离装置外绝热层；9.隔离装置；10.隔离装置内绝热层；11.Ⅰ阶燃烧室壳体；12.成型芯轴-2；13.Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯；14.Ⅰ阶燃烧室绝热层；15.后连接金属件；16.后连接金属件定位工装；17.后连接金属件固定工装。
具体实施方式
以下通过实施例进一步详细描述本发明，但这些实施例不应认为是对本发明的限制。
实施例1：
一种双脉冲发动机燃烧室壳体，其包括：
Ⅰ阶燃烧室壳体11、后连接金属件15、Ⅱ阶燃烧室壳体5、前连接金属件4和隔离装置9：
Ⅰ阶燃烧室壳体11有后开口，通过后连接金属件15与喷管连接；
Ⅱ阶燃烧室壳体5有前开口；通过前连接金属件4与弹身连接；
隔离装置9位于双脉冲发动机燃烧室壳体中部，将双脉冲发动机燃烧室壳体隔离成Ⅰ阶燃烧室壳体11与Ⅱ阶燃烧室壳体5，隔离装置内绝热层10和隔离装置外绝热层8分别与Ⅰ阶燃烧室壳体绝热层14与Ⅱ阶燃烧室壳体绝热层6一体成型，各自形成独立的内腔；通过隔离装置9位置变化以调整Ⅰ阶燃烧室和Ⅱ阶燃烧室脉冲量；
上述一种双脉冲发动机燃烧室壳体的成型方法，包括如下步骤：
1)结构设计：
根据双脉冲发动机燃烧室壳体不同阶段的燃烧冲量对Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体和隔离装置的载荷、气流温度、烧蚀时间的不同，将整体结构分为两部分，即承载层和绝热层；
采用abaqus仿真模拟软件对Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体承受内压和隔离装置承受内压、外压溃压强进行模拟仿真分析，要求Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体承受高内压(≥40MPa)和隔离装置在Ⅰ阶脉冲的作用下承受高内压(≥40MPa)，Ⅱ阶脉冲作用下在低压(≤1.5MPa)溃压强下被破坏，计算出Ⅰ阶燃烧室壳体和Ⅱ阶燃烧室壳体部位与隔离装置的纤维铺层角度和厚度；
绝热层的厚度为0.5-10mm，各部分依据设计要求调整铺层的纤维角度为0°、15°、-15°、30°、-30°、45°、-45°、60°、-60°、75°、-75°、90°中的一种或多种，铺层厚度0.2-10mm，纤维角度使用自动裁布机实现；
2)材料选择：
绝热层选择三元乙丙橡胶；
增强材料选用T700碳纤维布，基体选用酯环族环氧树脂，碳纤维布面密度为200TEX，角度为0-90°，整体抽真空使真空度＜-0.085Mpa，材料体系由增强材料和基体组成，其中纤维含量为70％；
3)成型工艺：
①砂芯模制备：
分别制备Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯、Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯，加工砂芯；
②隔离装置成型：
利用Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯圆弧面成型，先铺放三元乙丙橡胶，厚度0.5-5mm，再铺放纤维布，厚度0.2-10mm，角度为0°、15°、-15°、30°、-30°、45°、-45°、60°、-60°、75°、-75°、90°中的一种或多种，外表面包覆脱膜布、导流网、真空袋膜，保证密封，抽真空，真空度为-0.085--1.0MPa，30min不掉压；
灌注树脂，树脂体系为树脂+固化剂+促进剂，质量比为100:80：2.0；固化温度为90℃1.5h，120℃2h，160℃4h，升温速率1-2℃/min；固化完成后清理干净，加工掉多余部分，隔离装置表面用砂纸打磨，使用易挥发的溶剂处理干净，表面涂刷偶联剂，铺覆一层三元乙丙橡胶；
所述的固化剂选自氨类固化剂，促进剂选自苄胺；所述的易挥发的溶剂，是丙酮；所述的偶联剂是硅烷偶联剂，涂刷偶联剂是为了增加与橡胶的粘接强度；
③Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体成型：
Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯和Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯组装一起，已成型的隔离装置位于两砂芯模中间，两砂芯模架起，一端固定，另一端顶紧，通过打表，调整至同一轴度；
砂芯表面铺放绝热层，Ⅰ阶燃烧室壳体绝热层与隔离装置内绝热层粘接，Ⅱ阶燃烧室壳体绝热层与隔离装置外绝热层粘接；
前连接金属件和后连接金属件喷砂处理，所采用的压缩空气压力为0.4-1.0MPa，使用易挥发的溶剂擦拭干净，涂刷偶联剂，前连接金属件与Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯左端绝热层粘接、后连接金属件与Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯右端绝热层粘接；前连接金属件用前连接金属件固定工装、前连接金属件定位工装固定牢固；后连接金属件用后连接金属件固定工装、后连接金属件定位工装固定牢固；
将带有绝热层的表面用易挥发的溶剂擦拭干净，涂刷偶联剂，将自动裁布机裁剪完成的纤维布，按设计纤维角度进行铺层；
包覆脱膜布、导流网、真空袋膜，整体抽真空使真空度＜-0.085--1.0MPa，30min不掉压；
灌注树脂，树脂体系为环氧树脂+固化剂+促进剂，质量比为100:80-120：0.5-2.5；
放入固化炉固化，固化制度：升温速率1-2℃/min，90℃1.5h，120℃2h，160℃4h；
固化完成后清理表面辅料，用高压热水枪冲洗Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯和Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯，将成型芯轴-1和成型芯轴-2从中小心抽出，处理干净，Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体成型，得到双脉冲发动机燃烧室壳体。
实施例2：
一种双脉冲发动机燃烧室壳体，其包括：
Ⅰ阶燃烧室壳体11、后连接金属件15、Ⅱ阶燃烧室壳体5、前连接金属件4和隔离装置9：
Ⅰ阶燃烧室壳体11有后开口，通过后连接金属件15与喷管连接；
Ⅱ阶燃烧室壳体5有前开口；通过前连接金属4与弹身连接；
隔离装置9位于双脉冲发动机燃烧室壳体中部，将双脉冲发动机燃烧室壳体隔离成Ⅰ阶燃烧室壳体11与Ⅱ阶燃烧室壳体5，隔离装置内绝热层10和隔离装置外绝热层8分别与Ⅰ阶燃烧室壳体绝热层14与Ⅱ阶燃烧室壳体绝热层6一体成型，各自形成独立的内腔；通过隔离装置9位置变化以调整Ⅰ阶燃烧室和Ⅱ阶燃烧室脉冲量；
上述一种双脉冲发动机燃烧室壳体的成型方法，包括如下步骤：
1)结构设计：
根据双脉冲发动机燃烧室壳体不同阶段的燃烧冲量对Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体和隔离装置的载荷、气流温度、烧蚀时间的不同，将整体结构分为两部分，即承载层和绝热层；
采用abaqus仿真模拟软件对Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体承受内压和隔离装置承受内压、外压溃压强进行模拟仿真分析，要求Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体承受高内压(≥40MPa)和隔离装置在Ⅰ阶脉冲的作用下承受高内压(≥40MPa)，Ⅱ阶脉冲作用下在低压(≤1.5MPa)溃压强下被破坏，计算出Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体部位与隔离装置的纤维铺层角度和厚度；
绝热层的厚度为0.5-10mm，各部分依据设计要求调整铺层的纤维角度为0°、15°、-15°、30°、-30°、45°、-45°、60°、-60°、75°、-75°、90°中的一种或多种，铺层厚度0.2-10mm，纤维角度使用自动裁布机实现；
2)材料选择：
绝热层选择丁腈橡胶；
增强材料选用T800碳纤维布，基体选用酯环族环氧树脂，碳纤维布面密度为800TEX，角度为0-90°，整体抽真空使真空度＜-0.085Mpa，材料体系由增强材料和基体组成，其中纤维含量为78％；
3)成型工艺：
①砂芯模制备：
分别制备Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯、Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯，加工砂芯；
②隔离装置成型：
利用Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯圆弧面成型，先铺放丁腈橡胶，厚度0.5-5mm，再铺放纤维布，厚度0.2-10mm，角度为为0°、15°、-15°、30°、-30°、45°、-45°、60°、-60°、75°、-75°、90°中的一种或多种，外表面包覆脱膜布、导流网、真空袋膜，保证密封，抽真空，真空度为-0.085--1.0MPa，30min不掉压；
灌注树脂，树脂体系为树脂+固化剂+促进剂，质量比为100:120：0.5；固化温度为90℃1.5h，120℃2h，160℃4h，升温速率1-2℃/min；固化完成后清理干净，加工掉多余部分，隔离装置表面用砂纸打磨，使用易挥发的溶剂处理干净，表面涂刷偶联剂，铺覆一层丁腈橡胶；
所述的固化剂选自氨类固化剂，促进剂选自苄胺；所述的易挥发的溶剂是酒精；所述的偶联剂是硅烷偶联剂，涂刷偶联剂是为了增加与橡胶的粘接强度；
③Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体成型：
Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯和Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯组装一起，已成型的隔离装置位于两砂芯模中间，两砂芯模架起，一端固定，另一端顶紧，通过打表，调整至同一轴度；
砂芯表面铺放绝热层Ⅰ阶燃烧室壳体绝热层与隔离装置内绝热层粘接，Ⅱ阶燃烧室壳体绝热层与隔离装置外绝热层粘接；
前连接金属件和后连接金属件喷砂处理，所采用的压缩空气压力为0.4-1.0MPa，使用易挥发的溶剂擦拭干净，涂刷偶联剂，前连接金属件与Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯左端绝热层粘接、后连接金属件与Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯右端绝热层粘接；前连接金属件用前连接金属件固定工装、前连接金属件定位工装固定牢固；后连接金属件用后连接金属件固定工装、后连接金属件定位工装固定牢固；
将带有绝热层的表面用易挥发的溶剂擦拭干净，涂刷偶联剂，将自动裁布机裁剪完成的纤维布，按设计纤维角度进行铺层；
包覆脱膜布、导流网、真空袋膜，整体抽真空使真空度＜-0.085--1.0MPa，30min不掉压；
灌注树脂，树脂体系为环氧树脂+固化剂+促进剂，质量比为100:80-120：0.5-2.5；
放入固化炉固化，固化制度：升温速率1-2℃/min，90℃1.5h，120℃2h，160℃4h；
固化完成后清理表面辅料，用高压热水枪冲洗Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯和Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯，将成型芯轴-1和成型芯轴-2芯轴从中小心抽出，处理干净，Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体成型，得到双脉冲发动机燃烧室壳体。
实施例3：
一种双脉冲发动机燃烧室壳体，其包括：
Ⅰ阶燃烧室壳体11、后连接金属件15、Ⅱ阶燃烧室壳体5、前连接金属件4和隔离装置9：
Ⅰ阶燃烧室壳体11有后开口，通过后连接金属件15与喷管连接；
Ⅱ阶燃烧室壳体5有前开口；通过前连接金属4与弹身连接；
隔离装置9位于双脉冲发动机燃烧室壳体中部，将双脉冲发动机燃烧室壳体隔离成Ⅰ阶燃烧室壳体11与Ⅱ阶燃烧室壳体5，隔离装置内绝热层10和隔离装置外绝热层8分别与Ⅰ阶燃烧室壳体绝热层14与Ⅱ阶燃烧室壳体绝热层6一体成型，各自形成独立的内腔；通过隔离装置9位置变化以调整Ⅰ阶燃烧室和Ⅱ阶燃烧室脉冲量；
上述一种双脉冲发动机燃烧室壳体的成型方法，包括如下步骤：
1)结构设计：
根据双脉冲发动机燃烧室壳体不同阶段的燃烧冲量对Ⅰ阶燃烧室壳体11、Ⅱ阶燃烧室壳体和隔离装置的载荷、气流温度、烧蚀时间的不同，将整体结构分为两部分，即承载层和绝热层；
采用abaqus仿真模拟软件对Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体承受内压和隔离装置承受内压、外压溃压强进行模拟仿真分析，要求Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体承受高内压(≥40MPa)和隔离装置在Ⅰ阶脉冲的作用下承受高内压(≥40MPa)，Ⅱ阶脉冲作用下在低压(≤1.5MPa)溃压强下被破坏，计算出Ⅰ阶燃烧室壳体11、Ⅱ阶燃烧室壳体部位与隔离装置的纤维铺层角度和厚度；
绝热层的厚度为0.5-10mm，各部分依据设计要求调整铺层的纤维角度为0°、15°、-15°、30°、-30°、45°、-45°、60°、-60°、75°、-75°、90°中的一种或多种，铺层厚度0.2-10mm，纤维角度使用自动裁布机实现；
2)材料选择：
绝热层选择三元乙丙橡胶；
增强材料选用T700碳纤维布，基体选用酯环族环氧树脂，碳纤维布面密度为400TEX，角度为0-90°，整体抽真空使真空度＜-0.085Mpa，材料体系由增强材料和基体组成，其中纤维含量为75％；
3)成型工艺：
①砂芯模制备：
分别制备Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯、Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯，加工砂芯；
②隔离装置成型：
利用Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯圆弧面成型，先铺放三元乙丙橡胶，厚度0.5-5mm，再铺放纤维布，厚度0.2-10mm，角度为0°、15°、-15°、30°、-30°、45°、-45°、60°、-60°、75°、-75°、90°中的一种或多种，外表面包覆脱膜布、导流网、真空袋膜，保证密封，抽真空，真空度为-0.085--1.0MPa，30min不掉压；
灌注树脂，树脂体系为树脂+固化剂+促进剂，质量比为100:100：2.5；固化温度为90℃1.5h，120℃2h，160℃4h，升温速率1-2℃/min；固化完成后清理干净，加工掉多余部分，隔离装置表面用砂纸打磨，使用易挥发的溶剂处理干净，表面涂刷偶联剂，铺覆一层三元乙丙橡胶；
所述的固化剂选自氨类固化剂，促进剂选自苄胺；所述的易挥发的溶剂，是乙酸乙酯；所述的偶联剂是硅烷偶联剂，涂刷偶联剂是为了增加与橡胶的粘接强度；
③Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体成型：
Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯和Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯组装一起，已成型的隔离装置位于两砂芯模中间，两砂芯模架起，一端固定，另一端顶紧，通过打表，调整至同一轴度；
砂芯表面铺放绝热层，Ⅰ阶燃烧室壳体绝热层与隔离装置内绝热层粘接，Ⅱ阶燃烧室壳体绝热层与隔离装置外绝热层粘接；
前连接金属件和后连接金属件喷砂处理，所采用的压缩空气压力为0.4-1.0MPa，使用易挥发的溶剂擦拭干净，涂刷偶联剂，前连接金属件与Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯左端绝热层粘接、后连接金属件与Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯右端绝热层粘接；前连接金属件用前连接金属件固定工装、前连接金属件定位工装固定牢固；后连接金属件用后连接金属件固定工装、后连接金属件定位工装固定牢固；
将带有绝热层的表面用易挥发的溶剂擦拭干净，涂刷偶联剂，将自动裁布机裁剪完成的纤维布，按设计纤维角度进行铺层；
包覆脱膜布、导流网、真空袋膜，整体抽真空使真空度＜-0.085--1.0MPa，30min不掉压；
灌注树脂，树脂体系为环氧树脂+固化剂+促进剂，质量比为100:80-120：0.5-2.5；
放入固化炉固化，固化制度：升温速率1-2℃/min，90℃1.5h，120℃2h，160℃4h；
固化完成后用清理表面辅料，高压热水枪冲洗Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯和Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯，将成型芯轴-1和成型芯轴-2分别从两侧中小心抽出，处理干净，Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体成型，得到双脉冲发动机燃烧室壳体。
以上实施例只是对本发明的进一步说明，并不因此限制本发明的内容。

Claims (9)

1.一种双脉冲发动机燃烧室壳体，其特征在于：包括：
Ⅰ阶燃烧室壳体(11)、后连接金属件(15)、Ⅱ阶燃烧室壳体(5)、前连接金属件(4)和隔离装置(9)；
Ⅰ阶燃烧室壳体(11)有后开口，通过后连接金属件(15)与喷管连接；
Ⅱ阶燃烧室壳体(5)有前开口；通过前连接金属件 (4)与弹身连接；
隔离装置(9)位于双脉冲发动机燃烧室壳体中部，将双脉冲发动机燃烧室壳体隔离成Ⅰ阶燃烧室壳体(11)与Ⅱ阶燃烧室壳体(5)，隔离装置内绝热层(10)和隔离装置外绝热层(8)分别与Ⅰ阶燃烧室壳体绝热层(14)与Ⅱ阶燃烧室壳体绝热层(6)一体成型，各自形成独立的内腔；
通过隔离装置(9)位置变化以调整Ⅰ阶燃烧室和Ⅱ阶燃烧室脉冲量。
2.权利要求1所述的一种双脉冲发动机燃烧室壳体的成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)结构设计：
根据双脉冲发动机燃烧室壳体不同阶段的燃烧冲量对Ⅰ阶燃烧室壳体(11)、Ⅱ阶燃烧室壳体(5)和隔离装置(9)的载荷、气流温度、烧蚀时间的不同，将整体结构分为两部分，即承载层和绝热层；
采用abaqus仿真模拟软件对Ⅰ阶燃烧室壳体(11)、Ⅱ阶燃烧室壳体(5)承受内压和隔离装置(9)承受内压、外压溃压强进行模拟仿真分析，要求Ⅰ阶燃烧室壳体(11)、Ⅱ阶燃烧室壳体(5)承受高内压和隔离装置(9)在Ⅰ阶脉冲的作用下承受高内压，Ⅱ阶脉冲作用下在低压溃压强下被破坏，计算出Ⅰ阶燃烧室壳体(11)、Ⅱ阶燃烧室壳体(5)部位与隔离装置(9)的纤维铺层角度和厚度；
2)材料选择：
绝热层选自三元乙丙橡胶或丁腈橡胶；
增强材料选择碳纤维布、玻璃纤维布、石英纤维布中的一种；
基体选择酯环族环氧树脂、酚醛树脂、聚芳基乙炔树脂、氰酸酯树脂中的一种；
承载层的材料体系由增强材料和基体组成，其中纤维含量为70-78％；
3)成型工艺：
①砂芯模制备：
制备Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯(13)、Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯(7)，加工砂芯；
②隔离装置成型：
利用Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯(13)圆弧面成型，先铺放三元乙丙橡胶或丁腈橡胶，再铺放纤维布，外表面包覆脱膜布、导流网、真空袋膜，保证密封，抽真空；
灌注树脂，固化，固化完成后清理干净，加工掉多余部分，隔离装置表面用砂纸打磨，使用易挥发的溶剂处理干净，表面涂刷偶联剂，铺覆一层绝热层；
③Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体成型：
Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯(13)和Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯(7)组装一起，隔离装置(9)位于两砂芯中间，两砂芯架起，一端固定，另一端顶紧，通过打表，调整至同一轴度；
砂芯表面铺放Ⅱ阶燃烧室壳体绝热层(6)与Ⅰ阶燃烧室壳体绝热层(14)，Ⅰ阶燃烧室壳体绝热层(14)与隔离装置内绝热层(10)粘接，Ⅱ阶燃烧室壳体绝热层(6)与隔离装置外绝热层(8)粘接；
前连接金属件(4)和后连接金属件(15)喷砂处理，使用易挥发的溶剂擦拭干净，涂刷偶联剂，前连接金属件(4)与II阶燃烧室壳体绝热层(6)左端粘接、后连接金属件(15)与I阶燃烧室壳体绝热层(14)右端粘接；前连接金属件(4)用前连接金属件固定工装(3)、前连接金属件定位工装(2)固定牢固；后连接金属件(15)用后连接金属件固定工装(17)、后连接金属件定位工装(16)固定牢固；
将带有绝热层的表面用易挥发的溶剂擦拭干净，涂刷偶联剂，将自动裁布机裁剪完成的纤维布，按设计纤维角度进行铺层；
包覆脱膜布、导流网、真空袋膜，整体抽真空；
灌注树脂；
放入固化炉固化；
固化完成后清理表面辅料，用高压热水枪冲洗Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯(13)和Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯(7)，将成型芯轴一(1)和成型芯轴二(12)分别从两侧小心抽出，处理干净，Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体成型，得到双脉冲发动机燃烧室壳体。
3.根据权利要求2所述的一种双脉冲发动机燃烧室壳体的成型方法，其特征在于：步骤1)所述的高内压，是指≥40MPa，所述的低压溃压强是指≤1.5MPa。
4.根据权利要求2所述的一种双脉冲发动机燃烧室壳体的成型方法，其特征在于：采用abaqus仿真模拟软件对Ⅰ阶燃烧室壳体(11)、Ⅱ阶燃烧室壳体(5)承受内压和隔离装置(9)承受内压、外压溃压强进行模拟仿真分析，是指：采用abaqus软件对Ⅰ阶燃烧室壳体(11)、Ⅱ阶燃烧室壳体(5)与隔离装置(9)承受载荷进行仿真分析，要求Ⅰ阶燃烧室壳体(11)、Ⅱ阶燃烧室壳体(5)承受弹药点燃后高内压不破坏，隔离装置(9)承受Ⅰ阶燃烧室壳体(11)弹药点燃后的高内压、Ⅱ阶燃烧室壳体(5)点火后在低压的条件下瞬间破坏，计算出承载层纤维铺层厚度、方向及各方向纤维铺层层数。
5.根据权利要求2所述的一种双脉冲发动机燃烧室壳体的成型方法，其特征在于：步骤1)所述的计算出Ⅰ阶燃烧室壳体(11)、Ⅱ阶燃烧室壳体(5)部位与隔离装置(9)的纤维铺层角度和厚度，是指：选择绝热层的厚度为0.5-10mm，各部分依据设计要求调整铺层的纤维角度为0°、15°、-15°、30°、-30°、45°、-45°、60°、-60°、75°、-75°、90°中的一种或多种，铺层厚度0.2-10mm，纤维角度使用自动裁布机实现。
6.根据权利要求2所述的一种双脉冲发动机燃烧室壳体的成型方法，其特征在于：步骤2)所述的增强材料，是选自T700碳纤维布、T800碳纤维布中的一种，线密度为200-800TEX。
7.根据权利要求2所述的一种双脉冲发动机燃烧室壳体的成型方法，其特征在于：步骤2)所述的材料体系，是选自T700碳纤维布和酯环族环氧体系树脂、或者是T800碳纤维布和酯环族环氧体系树脂，碳纤维布线密度为200-800TEX，角度为0-90°，整体抽真空使真空压力＜-0.085Mpa，纤维含量为70-78％。
8.根据权利要求2所述的一种双脉冲发动机燃烧室壳体的成型方法，其特征在于：步骤3)中所述的②隔离装置成型，是：
利用Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯圆弧面成型，先铺放三元乙丙橡胶或丁腈橡胶，厚度0.5-5mm，再铺放纤维布，厚度0.2-10mm，角度为0°、15°、-15°、30°、-30°、45°、-45°、60°、-60°、75°、-75°、90°中的一种或多种，外表面包覆脱膜布、导流网、真空袋膜，保证密封，抽真空，真空压力为-0.085--1.0MPa，30min不掉压；
灌注树脂，树脂体系为树脂+固化剂+促进剂，质量比为100:80-120：0.5-2.5；固化制度为90℃保温1.5h，120℃保温2h，160℃保温4h，升温速率1-2℃/min；固化完成后清理干净，加工掉多余部分，隔离装置表面用砂纸打磨，使用易挥发的溶剂处理干净，表面涂刷偶联剂，铺覆一层绝热层；
步骤3)中所述的③Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体成型，是：
Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯(13)和Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯(7)组装一起，隔离装置(9)位于两砂芯中间，两砂芯架起，一端固定，另一端顶紧，通过打表，调整至同一轴度；
砂芯表面铺放Ⅱ阶燃烧室壳体绝热层(6)与Ⅰ阶燃烧室壳体绝热层(14)，Ⅰ阶燃烧室壳体绝热层(14)与隔离装置内绝热层(10)粘接，Ⅱ阶燃烧室壳体绝热层(6)与隔离装置外绝热层(8)粘接；
前连接金属件(4)和后连接金属件(15)喷砂处理，所采用的压缩空气压力为0.4-1.0MPa，使用易挥发的溶剂擦拭干净，涂刷偶联剂，前连接金属件(4)与II阶燃烧室壳体绝热层(6)左端粘接、后连接金属件(15)与I阶燃烧室壳体绝热层(14)右端粘接；前连接金属件(4)用前连接金属件固定工装(3)、前连接金属件定位工装(2)固定牢固；后连接金属件(15)用后连接金属件固定工装(17)、后连接金属件定位工装(16)固定牢固；
将带有绝热层的表面用易挥发的溶剂擦拭干净，涂刷偶联剂，将自动裁布机裁剪完成的纤维布，按设计纤维角度进行铺层；
包覆脱膜布、导流网、真空袋膜，整体抽真空使真空压力为-0.085--1.0MPa，30min不掉压；
灌注树脂，树脂体系为环氧树脂+固化剂+促进剂，质量比为100:80-120：0.5-2.5；
放入固化炉固化，固化制度：升温速率1-2℃/min，90℃保温1.5h，120℃保温2h，160℃保温4h；
固化完成后清理表面辅料，用高压热水枪冲洗Ⅰ阶燃烧室壳体砂芯(13)和Ⅱ阶燃烧室壳体砂芯(7)，将成型芯轴一(1)和成型芯轴二(12)分别从两侧小心抽出，处理干净，Ⅰ阶燃烧室壳体、Ⅱ阶燃烧室壳体成型，得到双脉冲发动机燃烧室壳体。
9.根据权利要求8所述的一种双脉冲发动机燃烧室壳体的成型方法，其特征在于：步骤3)所述的固化剂选自胺类固化剂，促进剂选自苄胺；所述的易挥发的溶剂，选自丙酮、酒精、乙酸乙酯的一种；所述的偶联剂，选自硅烷偶联剂。
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