CN113103480A - 一种用于大型固体火箭发动机壳体缠绕的分体式金属芯模 - Google Patents

一种用于大型固体火箭发动机壳体缠绕的分体式金属芯模 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于大型固体火箭发动机壳体缠绕的分体式金属芯模，包括左连接轴、左封头、筒段、右封头以及右连接轴。左连接轴、右连接轴是空心轴，左连接轴、右连接轴通过圆形卡盘以螺钉连接的方式分别与左封头、右封头连接。左封头、筒段和右封头分别沿环向分割为多个分瓣模，且均能够从右封头极孔取出，以保证芯模的可拆卸性。每个分瓣模内部设有环向和两侧的加强肋，以保证芯模在各种工况下的强度和刚度。每个分瓣模两侧的加强肋上有螺纹孔，相邻两个分瓣模之间通过螺栓建立连接。分体式金属芯模拆装方便，可重复使用，维护费用低，能够满足火箭发动机壳体缠绕精度的要求。

Description

一种用于大型固体火箭发动机壳体缠绕的分体式金属芯模
技术领域
本发明属于固体火箭发动机壳体制造领域，特别涉及一种用于大型固体火箭发动机壳体缠绕的分体式金属芯模。
背景技术
固体火箭发动机是火箭弹或导弹的动力装置。在发动机工作时，燃烧室要承受推进剂燃烧所产生的烧蚀、压力和冲刷力，因此发动机壳体要有一定的耐压强度和刚度。为了提高固体火箭发动机燃烧室的强度以及减轻发动机质量，燃烧室壳体由高性能碳纤维缠绕成型。
缠绕芯模是火箭发动机壳体缠绕成型的模具，壳体内型面的几何外形和尺寸靠模具保证。芯模各零件的设计及加工是芯模设计的重要组成部分，芯模零件的精度将直接影响后期芯模装配体的装配，影响芯模整体结构的可靠性及型面尺寸精度。
现有的石膏芯模在纤维缠绕过程中会发生脱水反应，可造成模具的分层，尤其在固化高温环境下石膏芯模的强度容易降低，因此产品一致性、可重复性差；与石膏芯模相比，砂芯模强度高，成型易于实现，但重量大、不可重复使用，且尺寸稳定性差；用金属材料作为骨架，石膏填充的金属骨架组装式石膏芯模，虽然金属骨架可以重复利用，但拆卸非常繁琐，且难以保证精度要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为了解决现有芯模可重复使用性差、拆装困难、稳定性差的缺点，本发明涉及一种用于大型固体火箭发动机壳体缠绕的分体式金属芯模。
本发明的技术方案是：一种用于大型固体火箭发动机壳体缠绕的分体式金属芯模，包括左连接轴、左封头、筒段、右封头和右连接轴；其中左连接轴、左封头、筒段、右封头和右连接轴依次连接，共同组成分体式金属芯模框架，内部形成空心体；左连接轴和右连接轴为空心轴，且左连接轴内径小于右连接轴内径；
所述左封头、筒段和右封头三个空间内，分别环向均布若干分瓣模，分布方式相同，且每个分瓣模均可从右连接轴的极孔中取出；
所述分瓣模整体为空心扇形状，两侧和环向设有加强肋；分瓣模分瓣模类型因夹角不同分为第一分瓣模和第二分瓣模，第一分瓣模的夹角小于第二分瓣模的夹角；分瓣模的环向的加强肋上设有螺纹孔，用于与分体式金属芯模框架固连；
所述左封头、右封头的分瓣模分别与筒段的分瓣模交错连接，确保了芯模结构的稳定性。
本发明进一步的技术方案是：所述左连接轴、左封头、筒段、右封头和右连接轴同轴布置。
本发明进一步的技术方案是：所述筒段中的分瓣模先将第一分瓣模在芯模脱模时将其从右连接轴处的极孔中取出，才将其他各个分瓣模从芯模该极孔取出，保证芯模可拆卸性。
本发明进一步的技术方案是：所述2个左封头分瓣模和2个所述右封头分瓣模分别与1个所述筒段分瓣模连接。
本发明进一步的技术方案是：所述左连接轴和右连接轴上分别设有圆形卡盘，左封头一侧和右封头一侧上分别设置定位凹槽，左连接轴与左封头、右连接轴和右封头通过圆形卡盘和定位凹槽相配合进行连接。
本发明进一步的技术方案是：所述左封头另一侧和右封头另一侧上设有公止口，筒段两端均设有母止口，三者通过止口进行定位，通过螺栓进行固定连接。
本发明进一步的技术方案是：所述分瓣模环形底端为环形加强肋，顶角为加强块。
发明效果
本发明的技术效果在于：本发明具有以下有益效果：
1、本发明的芯模结构均采用金属制造，模具的强度和刚度高，导热性好，不仅有利于缠绕产品的高温固化，而且可重复使用、易于拆装；
2、本发明加强了芯模的封头结构，同时在左封头、右封头两端采用空心连接轴，舍弃了以往芯轴贯穿整个芯模的设计，一定程度上减轻了芯模重量；
3、本发明将芯模的左封头、筒段和右封头分割为多个分瓣模，左封头、右封头的分瓣模和筒段的分瓣模之间交错连接，提高了芯模结构的稳定性和可拆卸性。
4、本发明在芯模左封头、右封头与筒段之间设置有止口结构，通过止口结构实现三者之间的连接与定位，提高了芯模整体结构的装配精度和尺寸稳定性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，其中1a是主视图，1b是沿A-A的剖视图，1c是左视图，1d是沿B-B的剖视图；
图2是芯模左封头分瓣模和右封头分瓣模主视图，其中2a是左封头分瓣模一主视图，2b是左封头分瓣模二主视图，2c是右封头分瓣模一主视图，2d是右封头右封头分瓣模二主视图；
图3是芯模筒段分瓣模结构图，其中3a是筒段分瓣模一主视图，3b是筒段分瓣模二主视图，3c是筒段分瓣模三主视图，3d是筒段分瓣模四主视图；
图4是左连接轴、右连接轴主视图，其中4a是左连接轴主视图，4b是右连接轴主视图。
附图标记说明：1、左连接轴；2、筒段；3、右封头；4、右连接轴；5-18、筒段分瓣模，其中7-17为筒段分瓣模一，6为筒段分瓣模二，18为筒段分瓣模三，5为筒段分瓣模四；19-32、右封头分瓣模，其中19以及21-31为右封头分瓣模一，20和32为右封头分瓣模二；33-46、左封头分瓣模，其中44以及33-42为左封头分瓣模一，43和45为左封头分瓣模二；47和48分别为左连接轴圆形卡盘和右连接轴圆形卡盘；49和52分别为左封头公止口和右封头公止口，50和51为筒段母止口。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，本发明要求保护的范围并不局限于实施表述的范围。
参见图1-图4，一种用于大型固体火箭发动机壳体缠绕的分体式金属芯模，包括：左连接轴、左封头、筒段、右封头和右连接轴。其特征在于：所述左连接轴、右连接轴是空心轴，其上设置有圆形卡盘；所述左封头、右封头靠近极孔端设置有和所述左连接轴、右连接轴圆形卡盘配合的定位凹槽；所述左连接轴、右连接轴通过圆形卡盘以螺钉连接的方式分别与所述左封头、右封头连接；所述左封头、筒段和右封头分别沿环向分割为多个分瓣模，且均可从芯模较大的极孔取出；所述芯模筒段的其中一个分瓣模横截面的内圆弧长大于外圆弧长，在芯模脱模时，拆卸该分瓣模并从芯模较大极孔取出后，才能将其他各个分瓣模从芯模较大极孔取出，保证了芯模的可拆卸性；所述左封头、右封头分别与所述筒段之间通过止口结构实现连接与定位；所述左封头、右封头的分瓣模分别与所述筒段的分瓣模交错连接，即2个所述左封头分瓣模和2个所述右封头分瓣模分别与1个所述筒段分瓣模连接，确保了芯模整体结构的稳定。
所述左连接轴、右连接轴的轴端曲面带有一定锥度，与所述左封头、右封头连接部分的环形曲面相互配合。
所述左封头、筒段和右封头的分瓣模内部设置有均布在环向和两侧的加强肋，以提高芯模整体结构的强度和刚度。所述各个分瓣模两侧的加强肋上有螺纹孔，相邻两个分瓣模之间通过螺栓连接。
所述左封头、右封头分别与筒段之间设置有止口结构。所述左封头、右封头设置有公止口，所述筒段设置有母止口，所述公止口、母止口上设置有定位孔。所述止口结构通过环形曲面以及定位孔实现对所述左封头、右封头与所述筒段之间的定位，所述左封头、右封头分别与所述筒段之间通过螺栓连接。
所述左连接轴、左封头、筒段、右封头和右连接轴同轴。
所述左封头、筒段和右封头分别沿环向分割为14个分瓣模，且均能从右封头极孔取出，确保了芯模的可拆卸性。所述左封头、筒段和右封头的分瓣模内部设置有均布在环向和两侧的加强肋，以提高芯模整体结构的强度和刚度。所述各个分瓣模两侧的加强肋上有螺纹孔，相邻两个分瓣模之间通过螺栓连接。
优选的，所述芯模筒段的其中一个分瓣模横截面的内圆弧长大于外圆弧长，在芯模脱模时，拆卸该分瓣模并从芯模较大极孔取出后，才能将其他各个分瓣模从芯模较大极孔取出。
优选的，所述左连接轴、右连接轴的轴端曲面带有一定锥度，与所述左封头、右封头连接部分的环形曲面相互配合。
优选的，所述左连接轴、左封头、筒段、右封头和右连接轴同轴。
芯模左封头2和右封头4结构形式类似，以右封头4为例进行说明。芯模右封头4沿环向分割为14瓣，其中包括12个环向角度为27度的右封头分瓣模一和2个环向角度为18度的右封头分瓣模二；封头分瓣模的两侧和环向设置有均布在环向和两侧的加强肋，能够保证封头在各种工况下的强度和刚度，两侧的加强肋上有螺纹孔，相邻两个分瓣模之间通过螺栓连接。
芯模筒段3沿环向分割为14个分瓣模，包括12个环向角度为27度的筒段分瓣模一、2个环向角度近似于18度的筒段分瓣模二和筒段分瓣模三以及1个环向角度近似于27度的筒段分瓣模四，筒段分瓣模的两侧和环向设置有均布在环向和两侧的加强肋，能够保证筒段在各种工况下的强度和刚度，两侧的加强肋上有螺纹孔，相邻两个分瓣模之间通过螺栓连接；筒段分瓣模四横截面的内圆弧长大于外圆弧长，在芯模脱模时，拆卸该分瓣模并从右封头极孔取出后，其他分瓣模才可从右封头极孔取出。
芯模左封头2、右封头4分别与筒段3之间设置有止口结构，左封头2、右封头4上设置有公止口49和52，所述筒段设置有母止口50和51，公止口49和52、母止口50和51上设置有定位孔。止口结构通过环形曲面以及定位孔实现对左封头2、右封头4与筒段3之间的定位，左封头2、右封头4分别与筒段3之间通过螺栓连接。
固体火箭发动机的壳体在分体式金属芯模上经一系列工艺成型后，仅能从两端的极孔将分体式金属芯模的各个分瓣模取出。可拆卸分体式金属芯模脱模顺序：首先拆卸左连接轴1和右连接轴5；然后拆卸筒段分瓣模四，再依次取下筒段分瓣模二、分瓣模三和分瓣模一，芯模筒段拆卸完毕，此时筒段之前所在的位置空余出来，便于拆卸右封头；然后拆卸右封头分瓣模一、分瓣模二；最后拆卸左封头分瓣模一、分瓣模二。至此，芯模脱模完成。
可拆卸分体式金属芯模装配顺序：可拆卸分体式金属芯模的装配是通过专用工装完成的，以保证整个芯模结构的装配精度。装配顺序由下而上，首先装配左连接轴1；然后装配左封头各个分瓣模；然后装配芯模筒段各个分瓣模；然后装配右封头各个分瓣模；最后装配右连接轴5。至此，芯模装配完成。
本实施例中，所有零部件均由金属制成，拆装方便，可重复使用，维护费用低，能够满足火箭发动机壳体缠绕精度的要求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或者间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于大型固体火箭发动机壳体缠绕的分体式金属芯模，其特征在于，包括左连接轴(1)、左封头(2)、筒段(3)、右封头(4)和右连接轴(5)；其中左连接轴(1)、左封头(2)、筒段(3)、右封头(4)和右连接轴依次连接，共同组成分体式金属芯模框架，内部形成空心体；左连接轴(1)和右连接轴(5)为空心轴，且左连接轴(1)内径小于右连接轴(5)内径；
所述左封头(2)、筒段(3)和右封头(4)三个空间内，分别环向均布若干分瓣模，分布方式相同，且每个分瓣模均可从右连接轴(5)的极孔中取出；
所述分瓣模整体为空心扇形状，两侧和环向设有加强肋；分瓣模分瓣模类型因夹角不同分为第一分瓣模和第二分瓣模，第一分瓣模的夹角小于第二分瓣模的夹角；分瓣模的环向的加强肋上设有螺纹孔，用于与分体式金属芯模框架固连；
所述左封头(2)、右封头(4)的分瓣模分别与筒段(3)的分瓣模交错连接，确保了芯模结构的稳定性。
2.如权利要求1所述的一种用于大型固体火箭发动机壳体缠绕的分体式金属芯模，其特征在于，所述左连接轴(1)、左封头(2)、筒段(3)、右封头(4)和右连接轴(5)同轴布置。
3.如权利要求1所述的一种用于大型固体火箭发动机壳体缠绕的分体式金属芯模，其特征在于，所述筒段(3)中的分瓣模先将第一分瓣模在芯模脱模时将其从右连接轴(5)处的极孔中取出，才将其他各个分瓣模从芯模该极孔取出，保证芯模可拆卸性。
4.如权利要求1所述的一种用于大型固体火箭发动机壳体缠绕的分体式金属芯模，其特征在于，所述2个左封头分瓣模和2个所述右封头分瓣模分别与1个所述筒段分瓣模连接。
5.如权利要求1所述的一种用于大型固体火箭发动机壳体缠绕的分体式金属芯模，其特征在于，所述左连接轴(1)和右连接轴(5)上分别设有圆形卡盘，左封头(2)一侧和右封头(4)一侧上分别设置定位凹槽，左连接轴(1)与左封头(2)、右连接轴(5)和右封头(4)通过圆形卡盘和定位凹槽相配合进行连接。
6.如权利要求1所述的一种用于大型固体火箭发动机壳体缠绕的分体式金属芯模，其特征在于，所述左封头(2)另一侧和右封头(4)另一侧上设有公止口，筒段(3)两端均设有母止口，三者通过止口进行定位，通过螺栓进行固定连接。
7.如权利要求1所述的一种用于大型固体火箭发动机壳体缠绕的分体式金属芯模，其特征在于，所述分瓣模环形底端为环形加强肋，顶角为加强块。
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