CN117507329A - 一种喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天航空技术领域，尤其涉及一种喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法。本申请实施例提供的喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法，包括：将喷管扩散段的初始绝热层坯料缠绕至缠绕模具上缠绕成型；选择初始绝热层坯料的待成型部分；将成型蒙皮固定至待成型部分的表面；将设置了初始绝热层坯料和成型蒙皮的缠绕模具放入真空胶套中抽真空并固化，形成目标绝热层坯料；对目标绝热层坯料进行精加工，得到喷管扩散段绝热层。本申请实施例提供的一种喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法，改善了相关技术中扩散段固化后均碳层厚度难以控制的情况。

Description

一种喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法

技术领域

本发明涉及航天航空技术领域，尤其涉及一种喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法。

背景技术

发动机喷管扩散段绝热层坯料(以下简称扩散段)是由聚丙烯腈基碳纤维布/酚醛－高硅氧玻璃纤维布/酚醛两种材料体系复合组成，是发动机喷管的重要构件，位于燃烧室尾部，用以提供燃烧气体膨胀的通道，喷管扩散段的质量对发动机的总冲等性能有重要的影响。扩散段绝热层的耐烧蚀稳定性取决于碳层质量,碳层稳定性差可导致发动机工作及导弹飞行失败。而相关技术中，扩散段固化后均存在碳层厚度难以控制的情况，较大固化压力会使碳层产生较大褶皱，导致碳层波峰波谷较为明显。

发明内容

本申请提供了一种喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法，一定程度上解决了相关技术中扩散段固化后均存在碳层厚度难以控制的情况的技术问题。

本申请实施例提供的一种喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法，包括：

将喷管扩散段的初始绝热层坯料缠绕至缠绕模具上缠绕成型；

选择所述初始绝热层坯料的待成型部分；

将成型蒙皮固定至所述待成型部分的表面；

将设置了所述初始绝热层坯料和所述成型蒙皮的所述缠绕模具放入真空胶套中抽真空并固化，形成目标绝热层坯料；

对所述目标绝热层坯料进行精加工，得到所述喷管扩散段绝热层。

在一些实施方式中，所述选择所述初始绝热层坯料的待成型部分的步骤包括：

选择所述初始绝热层坯料的小端为所述待成型部分。

在一些实施方式中，所述初始绝热层坯料的小端的长度小于或等于400mm，内孔直径小于或等于100mm。

在一些实施方式中，所述将成型蒙皮固定至所述待成型部分的表面的步骤包括：

对初始蒙皮进行成型设计，以使所述初始蒙皮的外形与所述待成型部分的外形一致；

将所述初始蒙皮裁剪成多个第一蒙皮块和第二蒙皮块；其中，所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块的数量相同，且所述第一蒙皮块的厚度大于所述第二蒙皮块的厚度，所述第一蒙皮块的宽度大于所述第二蒙皮块的宽度；

对所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块进行加工；

将所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块固定至所述待成型部分的表面，以形成所述成型蒙皮；其中，所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块交错设置。

在一些实施方式中，所述第一蒙皮块的厚度为1.3mm-1.6mm，所述第二蒙皮块的厚度为0.8mm-1.1mm。

在一些实施方式中，所述对所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块进行加工的步骤包括：

在所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块上打多个通孔；

将所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块的尖角处加工成倒角。

在一些实施方式中，所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块上的通孔的直径为2mm-4mm，且相邻的两个通孔之间的间隔为4mm-6mm。

在一些实施方式中，将所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块固定至所述待成型部分的表面，以形成所述成型蒙皮的步骤包括：

将所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块放置于所述待成型部分的表面；

采用无碱玻璃布将所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块缠绕固定至所述待成型部分的表面。

在一些实施方式中，将设置了所述初始绝热层坯料和所述成型蒙皮的所述缠绕模具放入真空袋中抽真空并固化，形成目标绝热层坯料的步骤包括：

在所述成型蒙皮的外表面依次包覆吸胶材料和真空胶套，形成真空组件，并将真空管路连接至所述真空胶套，以对所述真空胶套抽真空；

将所述真空组件放入液压釜中固化，形成所述目标绝热层坯料。

在一些实施方式中，所述成型蒙皮的材料为玻璃钢。

本申请有益效果如下：

本申请提供的一种喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法，由于将喷管扩散段的初始绝热层坯料缠绕至缠绕模具上缠绕成型后，会选择初始绝热层坯料的待成型部分，并将成型蒙皮固定至待成型部分的表面，因此当设置了初始绝热层坯料和成型蒙皮的缠绕模具放入真空胶套中抽真空并固化时，固化压力会先传递至成型蒙皮，成型蒙皮在固化过程中随扩散段的型面一同收缩，起到均化碳层褶皱、控制碳层厚度的效果，从而提高了碳层的稳定性，保证了扩散段绝热层的耐烧蚀稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为本申请实施例提供的目标绝热层坯料的结构示意图。

图2为图1中第一蒙皮块或第二蒙皮块的结构示意图。

附图标记说明:

100-目标绝热层坯料，110-初始绝热层坯料，120-成型蒙皮，121-第一蒙皮块，122-第二蒙皮块，123-通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

结合图1及图2，本申请实施例提供了一种喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法，改善了相关技术中扩散段固化后均碳层厚度难以控制的情况，该方法包括：

S1：将喷管扩散段的初始绝热层坯料110缠绕至缠绕模具上缠绕成型。

缠绕模具的形状即为喷管扩散段成型后的目标形状，将喷管扩散段的初始绝热层坯料110缠绕至缠绕模具上缠绕成型，以为后续将初始绝热层坯料110加工为喷管扩散段绝热层做做准备。

S2：选择初始绝热层坯料110的待成型部分。

由于初始绝热层坯料110中，并非整体的碳层厚度均难以控制，若对初始绝热层坯料110整体进行碳层控制则会造成材料浪费，增加作业人员的工作量，因此，只需选择初始绝热层坯料110中碳层波峰波谷较为明显的部分进行后续的碳层控制，该部分即为待成型部分。

在一些实施方式中，选择初始绝热层坯料110的待成型部分的步骤包括：

选择初始绝热层坯料110的小端为待成型部分。

喷管扩散段具有小端和大端，那么明显的是，缠绕成型后的初始绝热层坯料110也具有小端和大端。当发动机工作时，喷管扩散段的小端靠近火焰的部位烧蚀最严重，因此会将小端碳层的厚度设计地较厚，而大端碳层厚度则设计地较薄，一般小端碳层的厚度大于或等于15mm，大端碳层的厚度为3mm～6mm。小端因内孔直径较小，圆周曲率较大，缠绕固化后碳层收缩会更明显，更容易产生较大的波峰波谷，而大端碳层因厚度较薄，直径较大，缠绕固化后波峰波谷不明显，因此仅需对小端碳层进行控制。具体地，初始绝热层坯料110的小端的长度小于或等于400mm，内孔直径小于或等于100mm。

S3：将成型蒙皮120固定至待成型部分的表面。

成型蒙皮120与初始绝热层坯料110的待成型部分的外形一致，从而成型蒙皮120可与待成型部分的表面贴合，在后续进行固化时，固化压力会先传递至成型蒙皮120，成型蒙皮120在固化过程中随待成型部分的型面一同收缩，起到均化碳层褶皱、控制碳层厚度的效果，从而提高了碳层的稳定性，保证了扩散段绝热层的耐烧蚀稳定性。

在一些实施方式中，将成型蒙皮120固定至待成型部分的表面的步骤包括：

S31：对初始蒙皮进行成型设计，以使初始蒙皮的外形与待成型部分的外形一致。

将初始蒙皮的外形与待成型部分的外形一致，可使初始蒙皮与待成型部分的表面贴合，以保证后续的碳层控制效果。具体地，初始蒙皮可采用无碱玻璃纤维或钡酚醛树脂预浸布在缠绕模具上铺层成型，包真空固化后，再从缠绕模具上取下即可。

由于后续需对初始蒙皮进行加工，且成型蒙皮120需承受固化压力，因此初始蒙皮需选用既有一定强度又有比较好的工艺操作性的材料制成，如玻璃钢等。

S32：将初始蒙皮裁剪成多个第一蒙皮块121和第二蒙皮块122；其中，第一蒙皮块121和第二蒙皮块122的数量相同，且第一蒙皮块121的厚度大于第二蒙皮块122的厚度，第一蒙皮块121的宽度大于第二蒙皮块122的宽度。

第一蒙皮块121和第二蒙皮块122的数量根据实际情况设置即可，具体到本实施例中，第一蒙皮块121和第二蒙皮块122均可为4块。

S33：对第一蒙皮块121和第二蒙皮块122进行加工。

扩散段固化时发生化学反应，会有小分子气体和水需要排出，同时扩散段固化收缩也会排出部分树脂，而由于后续步骤中第一蒙皮块121和第二蒙皮块122会包覆至初始绝热层坯料110外侧，因此为了不影响物质的排出，需对第一蒙皮块121和第二蒙皮块122进行加工后，再装配于初始绝热层坯料110上。

在一些实施方式中，对第一蒙皮块121和第二蒙皮块122进行加工的步骤包括：

S331：在第一蒙皮块121和第二蒙皮块122上打多个通孔123。

在第一蒙皮块121和第二蒙皮块122上打上多个通孔123后，即可方便树脂和气体等物质排出。具体地，第一蒙皮块121和第二蒙皮块122上的通孔123的直径为2mm-4mm，且相邻的两个通孔123之间的间隔为4mm-6mm。

S332：将第一蒙皮块121和第二蒙皮块122的尖角处加工成倒角。

由于成型蒙皮120后续会放入真空胶套中固化，因此，为防止成型蒙皮120的尖锐部位在固化过程中将真空胶套扎破，将第一蒙皮块121和第二蒙皮块122的尖角处加工成倒角。

S34：将第一蒙皮块121和第二蒙皮块122固定至待成型部分的表面，以形成成型蒙皮120；其中，第一蒙皮块121和第二蒙皮块122交错设置。

厚度较厚的第一蒙皮块121为控制碳层厚度的主要部分，在无成型蒙皮120的条件下，初始绝热层坯料110在固化压缩时在圆周方向会出现较多和较大的褶皱，而在初始绝热层坯料110外侧包覆成型蒙皮120后，由于第一蒙皮块121的厚度较厚，刚性较强，可保证初始绝热层坯料110上设置第一蒙皮块121的部分不会产生较多褶皱，而由于第一蒙皮块121的宽度大于第二蒙皮块122的宽度，即成型蒙皮120中，第一蒙皮块121的整体尺寸远大于第二蒙皮块122的整体尺寸，从而可保证初始绝热层坯料110上的大部分位置不会产生较多褶皱，而由于第二蒙皮块122厚度较薄，刚性较弱，褶皱则主要集中在初始绝热层坯料110上放置第二蒙皮块122的区域，即第二蒙皮块122的设置为褶皱的产生留出空间，以不影响初始绝热层坯料110的固化压缩。但由于第二蒙皮块122的整体尺寸较小，因此可保证初始绝热层坯料110上只有少数区域具有褶皱，进而实现了固化中碳层厚度的控制，均化了碳层收缩产生的褶皱，改善了小尺寸扩散段碳层厚度难以控制的问题，提高了扩散段成型质量。

同时多个第一蒙皮块121和第二蒙皮块122的设置，也将无成型蒙皮120时形成的单个较大的波峰波谷，通过多块第一蒙皮块121和第二蒙皮块122均化分散成多个小的波峰波谷，可进一步起到控制碳层厚度的作用。

第一蒙皮块121和第二蒙皮块122交错设置，即为每相邻的两个第一蒙皮块121间隔设置，第二蒙皮块122设置于相邻的两个第一蒙皮块121之间，从而可使褶皱的分布更加均匀，保证褶皱可主要集中于初始绝热层坯料110上放置第二蒙皮块122的区域。

具体地，第一蒙皮块121的厚度为1.3mm-1.6mm，第二蒙皮块122的厚度为0.8mm-1.1mm。

在一些实施方式中，将第一蒙皮块121和第二蒙皮块122固定至待成型部分的表面，以形成成型蒙皮120的步骤包括：

将第一蒙皮块121和第二蒙皮块122放置于待成型部分的表面，并采用无碱玻璃布将第一蒙皮块121和第二蒙皮块122缠绕固定至待成型部分的表面。

S4：将设置了初始绝热层坯料110和成型蒙皮120的缠绕模具放入真空胶套中抽真空并固化，形成目标绝热层坯料100。

由于初始绝热层坯料110外表面包覆了成型蒙皮120，因此在固化过程中，固化压力会先传递至成型蒙皮120，成型蒙皮120在固化过程中随扩散段的型面一同收缩，起到均化碳层褶皱、控制碳层厚度的效果，从而提高了碳层的稳定性，保证了扩散段绝热层的耐烧蚀稳定性。

当然，成型蒙皮120的材料同样为玻璃钢。

在一些实施方式中，将设置了初始绝热层坯料110和成型蒙皮120的缠绕模具放入真空袋中抽真空并固化，形成目标绝热层坯料100的步骤包括：

在成型蒙皮120的外表面依次包覆吸胶材料和真空胶套，形成真空组件，并将真空管路连接至真空胶套，以对真空胶套抽真空；

将真空组件放入液压釜中固化，形成目标绝热层坯料100。

S5：对目标绝热层坯料100进行精加工，得到喷管扩散段绝热层。

在精加工的过程中，即可将成型蒙皮120去除，从而得到喷管扩散段绝热层。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法，其特征在于，包括：

将喷管扩散段的初始绝热层坯料缠绕至缠绕模具上缠绕成型；

选择所述初始绝热层坯料的待成型部分；

将成型蒙皮固定至所述待成型部分的表面；

将设置了所述初始绝热层坯料和所述成型蒙皮的所述缠绕模具放入真空胶套中抽真空并固化，形成目标绝热层坯料；

对所述目标绝热层坯料进行精加工，得到所述喷管扩散段绝热层。

2.根据权利要求1所述的喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法，其特征在于，所述选择所述初始绝热层坯料的待成型部分的步骤包括：

选择所述初始绝热层坯料的小端为所述待成型部分。

3.根据权利要求2所述的喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法，其特征在于，所述初始绝热层坯料的小端的长度小于或等于400mm，内孔直径小于或等于100mm。

4.根据权利要求1所述的喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法，其特征在于，所述将成型蒙皮固定至所述待成型部分的表面的步骤包括：

对初始蒙皮进行成型设计，以使所述初始蒙皮的外形与所述待成型部分的外形一致；

将所述初始蒙皮裁剪成多个第一蒙皮块和第二蒙皮块；其中，所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块的数量相同，且所述第一蒙皮块的厚度大于所述第二蒙皮块的厚度，所述第一蒙皮块的宽度大于所述第二蒙皮块的宽度；

对所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块进行加工；

将所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块固定至所述待成型部分的表面，以形成所述成型蒙皮；其中，所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块交错设置。

5.根据权利要求4所述的喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法，其特征在于，所述第一蒙皮块的厚度为1.3mm-1.6mm，所述第二蒙皮块的厚度为0.8mm-1.1mm。

6.根据权利要求4所述的喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法，其特征在于，所述对所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块进行加工的步骤包括：

在所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块上打多个通孔；

将所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块的尖角处加工成倒角。

7.根据权利要求6所述的喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法，其特征在于，所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块上的通孔的直径为2mm-4mm，且相邻的两个通孔之间的间隔为4mm-6mm。

8.根据权利要求4所述的喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法，其特征在于，将所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块固定至所述待成型部分的表面，以形成所述成型蒙皮的步骤包括：

将所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块放置于所述待成型部分的表面；

采用无碱玻璃布将所述第一蒙皮块和所述第二蒙皮块缠绕固定至所述待成型部分的表面。

9.根据权利要求1所述的喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法，其特征在于，将设置了所述初始绝热层坯料和所述成型蒙皮的所述缠绕模具放入真空袋中抽真空并固化，形成目标绝热层坯料的步骤包括：

在所述成型蒙皮的外表面依次包覆吸胶材料和真空胶套，形成真空组件，并将真空管路连接至所述真空胶套，以对所述真空胶套抽真空；

将所述真空组件放入液压釜中固化，形成所述目标绝热层坯料。

10.根据权利要求1-9任一项所述的喷管扩散段绝热层碳层厚度控制方法，其特征在于，所述成型蒙皮的材料为玻璃钢。