CN113320129B - 一种端燃式固体火箭长尾管缠绕结构及缠绕方法 - Google Patents

Abstract

一种端燃式固体火箭长尾管缠绕结构及缠绕方法，包括芯模、耐烧蚀层、耐烧蚀螺旋缠绕层和隔热层；芯模两侧为直管段，中间为喇叭段，耐烧蚀层缠绕设置在两侧的直管段上；耐烧蚀层外侧以及中间为喇叭段两侧缠绕设置有耐烧蚀螺旋缠绕层，耐烧蚀螺旋缠绕层外侧缠绕设置有隔热层。本发明耐烧蚀性能好，内层碳纤维布带的叠绕方向与火焰喷射方向一致，对火焰的阻力小，火焰对碳纤维布带的冲刷也小；密集叠绕使得火焰只能接触每圈布带的内侧边缘，不会成片脱落。

Description

一种端燃式固体火箭长尾管缠绕结构及缠绕方法

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机的制造技术领域，特别涉及一种端燃式固体火箭长尾管缠绕结构及缠绕方法。

背景技术

现代长尾管固体火箭一般是由耐烧蚀的内层和隔热的外层构成。耐烧蚀的内层一般多采用碳纤维编织体或碳纤维布卷绕体经真空浸胶固化，再机械加工成为耐烧蚀零件；然后将耐烧蚀零件装在芯模上，在其外缠绕高硅氧预浸胶布带，经加热加压固化、机加工后脱模，喷管即告完工。

2D编织结构和碳纤维布卷绕结构都是由一层一层沿径向缠绕而成，由于层间结合力较弱，烧蚀过程容易成片脱落，耐烧蚀性能相对2.5D、3D编织体较差，现在亦逐渐被淘汰。碳纤维编织体有主要采用不分层的2.5D、3D等形式，必须用锭数较多的专用编织机编织，生产效率较低，编织体的碳纤维体积密度较低、烧蚀率较高。3D编织体的力学性能比较好，但由内向外传热太快，总体效果并不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种端燃式固体火箭长尾管的预浸胶布带缠绕结构及缠绕方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种端燃式固体火箭长尾管缠绕结构，包括芯模、耐烧蚀层、耐烧蚀螺旋缠绕层和隔热层；芯模两侧为直管段，中间为喇叭段，耐烧蚀层缠绕设置在两侧的直管段上；耐烧蚀层外侧以及中间为喇叭段外侧缠绕设置有耐烧蚀螺旋缠绕层，缠绕层外侧缠绕设置有隔热层。

进一步的，耐烧蚀层和耐烧蚀螺旋缠绕层均为碳纤维布带，隔热层为高硅氧布带。

进一步的，碳纤维布带和高硅氧布带均为预浸胶布带。

进一步的，直管段的耐烧蚀层所用碳纤维布带为长度方向与经纱方向一致的碳纤维布带，在其两面各粘一层或数层按照经纱或纬纱方向的45°角剪裁的碳纤维布带组合而成。

进一步的，一种端燃式固体火箭长尾管缠绕结构的缠绕方法，包括以下步骤：

步骤1，将芯模安置在缠绕机上；

步骤2，在直管段采用高叠包系数环向叠绕碳纤维布带，形成耐烧蚀层；

步骤3，使用碳纤布带在耐烧蚀层外从芯模的一端向另一端以大螺旋角往复缠绕形成耐烧蚀螺旋缠绕层；定义火焰喷射的方向为后方，碳纤维布带从前向后顺着火焰射流的方向叠绕；

步骤4，用高硅氧布带在耐烧蚀螺旋缠绕层外从芯模的一端向另一端以大螺旋角往复缠绕形成隔热层，得到缠绕件；

步骤5，在缠绕件外套上气密薄膜然后装入热压罐，先给气密薄膜内抽真空；然后给热压罐加压、加热并保温，固化后冷却出炉；脱模后用车床将两个喇叭段中间的连接段及其它多余部分车去后脱模。

进一步的，步骤2中，在喇叭段两侧的内侧的耐烧蚀层缠绕时的轴向夹角小于直管段。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明的缠绕结构简单，生产效率高，一次制作两件，特别是采用预浸胶布带缠绕时能够大大简化制造工序、缩减固化时间。

本发明耐烧蚀性能好，内层碳纤维布带的叠绕方向与火焰喷射方向一致，对火焰的阻力小，火焰对碳纤维布带的冲刷也小；密集叠绕使得火焰只能接触每圈布带的内侧边缘，不会成片脱落。

本发明隔热性能好，密集叠绕的耐烧蚀层外还另有有一层较薄的平缠碳纤维布带耐烧蚀螺旋缠绕层，有效地阻断了热量从耐烧蚀层碳纤维向高硅氧隔热层的直接传输。

附图说明

图1为本发明完整的缠绕结构示意图；

图2为本发明关键部位示意图；

图3为本发明耐烧蚀层缠绕示意图；

附图零部件代号说明：1——芯模、2——耐烧蚀层、3——耐烧蚀螺旋缠绕层、4——隔热层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

请参阅图1至图3，本发明采用对置分布芯模，使用碳纤维预浸胶布带缠绕耐烧蚀的内层，使用预浸胶高硅氧布带缠绕隔热的外层，经加热加压固化，脱模后经机械加工成为合格部件。

用碳纤布带缠绕直管部分时需采用密叠缠绕，并总是从大头一端从前向小头端叠绕芯模两侧的直管段部分的内层，使径向厚度接近设计要求，然后在外侧再以低叠包系数缠绕一定厚度。如此，顺流向密叠缠绕的作用是耐烧蚀、耐冲刷，外加低叠包系数缠绕的作用是增大径向热阻。

芯模两侧直管段的碳纤维布带缠绕结束后，采用碳纤维布带以大螺旋角从芯模的一侧向另一侧往复缠绕，并合理设计缠绕轮廓，在两侧的喇叭段内侧的耐烧蚀层，缠绕时的轴向夹角较小。

芯模两侧直管段的内层碳纤维布带缠绕结束后，在芯模两侧的碳纤维布带耐烧蚀螺旋缠绕层外用高硅氧布带往复缠绕直到各处尺寸大于完工尺寸轮廓。

进一步提高耐烧蚀性能和抗火焰冲刷能力，高叠包系数环向叠绕的直管部分所用碳纤维布带是用一条长度方向与经纱方向一致的碳纤维布带临时在其两面各粘一层或数层按照经纱或纬纱方向的45°角剪裁的碳纤维布带组合而成。

实施例1：

本实施例是一个采用未浸胶的碳纤维布带和高硅氧布带缠绕长尾管的方法步骤：

1、将对置的双长尾管芯模1安置在缠绕机上；

2、使用碳纤布带密叠缠绕成耐烧蚀层2作为直管部分；

3、使用较窄的碳纤布带在耐烧蚀层2外从芯模的一端向另一端以大螺旋角往复缠绕形成耐烧蚀螺旋缠绕层3，其中耐烧蚀层2外只需要很薄的一层作为隔热层，以隔断耐烧蚀层2碳纤维布带的纤维与隔热层高硅氧的直接接触。火焰喷射的方向为后方。碳纤维布带从前向后顺着火焰射流的方向叠绕；

4、用较窄的高硅氧布带在耐烧蚀螺旋缠绕层3外从芯模的一端向另一端以大螺旋角往复缠绕形成高强度隔热层4，

5、在缠绕件外套上气密薄膜然后装入热压罐，先给热压罐和气密薄膜内抽真空；加热后往气密薄膜内压力注射经过真空脱气的酚醛树脂，然后给热压罐加压力并保温，固化后冷却出炉；

6、用车床将两个喇叭段中间的连接段及其它多余部分车去后脱模，

7、置入加热炉加热，带整体温度达到一定值后，对芯模实施快速降温并使缠绕件脱模。

实施例2：

本实施例是一个采用预浸胶碳纤维布带和预浸胶高硅氧布带缠绕长尾管的方法步骤：

1、将对置的双长尾管芯模1安置在缠绕机上；

2、使用碳纤布带密叠缠绕成耐烧蚀层2作为直管部分；

3、使用较窄的碳纤布带在耐烧蚀层2外从芯模的一端向另一端以大螺旋角往复缠绕形成碳纤维布带耐烧蚀螺旋缠绕层3，其中耐烧蚀层2外只需要很薄的一层作为隔热层，以隔断耐烧蚀层2碳纤维布带的纤维与隔热层高硅氧的直接接触。喇叭段作为燃烧器底部耐热抗烧蚀内层；

4、用较窄的高硅氧布带在耐烧蚀螺旋缠绕层3外从芯模的一端向另一端以大螺旋角往复缠绕形成高强度隔热层4，

5、在缠绕件外套上气密薄膜然后装入固化炉，对气密薄膜内抽气，给气密薄膜外施加压力将耐烧蚀螺旋缠绕层压实，然后加热固化，冷却后出炉；

6、脱模后用车床将两个喇叭段中间的连接段及其它多余部分车去后脱模。

实施例3：

本实施例是对实施例1、2做的小改变：

直管部分的碳纤布带密叠耐烧蚀螺旋缠绕层3缠绕完成后，再用碳纤布带在其外做一层半叠包，作为与高强度隔热层4之间的热阻。

实时例4：

进一步提高耐烧蚀性能和抗火焰冲刷能力，高叠包系数环向叠绕的直管部分所用碳纤维布带是用一条长度方向与经纱方向一致的碳纤维布带临时在其两面各粘一层按照经纱或纬纱方向的45°角剪裁的碳纤维布带组合而成。假定所有碳纤维布带的经纬纱都是1k丝束，那么如此方法做成的耐烧蚀螺旋缠绕层的丝束中有2/3是与管轴线基本呈±45°，1/6是与管轴线基本平行，只有1/6是环向。

Claims (2)

1.一种端燃式固体火箭长尾管缠绕结构的缠绕方法，其特征在于，一种端燃式固体火箭长尾管缠绕结构，包括芯模（1）、耐烧蚀层（2）、耐烧蚀螺旋缠绕层（3）和隔热层（4）；芯模（1）两侧为直管段，中间为喇叭段，耐烧蚀层（2）缠绕设置在两侧的直管段上；耐烧蚀层（2）外侧以及中间为喇叭段外侧缠绕设置有耐烧蚀螺旋缠绕层（3），耐烧蚀螺旋缠绕层（3）外侧缠绕设置有隔热层（4）；

耐烧蚀层（2）和耐烧蚀螺旋缠绕层（3）均为碳纤维布带，隔热层（4）为高硅氧布带；

碳纤维布带和高硅氧布带均为预浸胶布带；

直管段的耐烧蚀层（2）所用碳纤维布带为长度方向与经纱方向一致的碳纤维布带，在其两面各粘一层或数层按照经纱或纬纱方向的45°角剪裁的碳纤维布带组合而成；

包括以下步骤：

步骤1，将芯模（1）安置在缠绕机上；

步骤2，在直管段采用高叠包系数环向叠绕碳纤维布带，形成耐烧蚀层（2）；

步骤3，使用碳纤布带在耐烧蚀层（2）外从芯模的一端向另一端以大螺旋角往复缠绕形成耐烧蚀螺旋缠绕层（3）；定义火焰喷射的方向为后方，碳纤维布带从前向后顺着火焰射流的方向叠绕；

步骤4，用高硅氧布带在耐烧蚀螺旋缠绕层（3）外从芯模的一端向另一端以大螺旋角往复缠绕形成隔热层（4），得到缠绕件；

步骤5，在缠绕件外套上气密薄膜然后装入热压罐，先给气密薄膜内抽真空；然后给热压罐加压、加热并保温，固化后冷却出炉；用车床将两个喇叭段中间的连接段及其它多余部分车去后脱模。

2.根据权利要求1所述的一种端燃式固体火箭长尾管缠绕结构的缠绕方法，其特征在于，步骤2中，在喇叭段两侧的内侧的耐烧蚀层缠绕时的轴向夹角小于直管段。

Images