CN117552893B - 一种复合缠绕壳体点火装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固体火箭发动机点火技术领域，特别涉及一种复合缠绕壳体点火装置，包括复合缠绕壳体，复合缠绕壳体的内部为中空结构，复合缠绕壳体的内壁设置有内腔衬垫，内腔衬垫的内壁沿轴线方向并排设置有多组药饼，多组药饼串接在一起形成点火药；本发明中，通过设置内腔衬垫，避免复合缠绕壳体内部发生串火等引起复合缠绕壳体失效的现象；并将各组药饼产生的高温高压燃气及粒子由复合缠绕壳体侧面的多组排气孔流出点火装置，形成径向高温高压燃气及粒子射流，与发动机主装药剧烈换热，大幅提高了发动机的点火可靠性，便于点火装置的高温高压燃气及粒子流出，使得发动机长时间工作过程中，点火装置内部不会发生烧蚀等结构破坏现象。
Description
技术领域
本发明涉及固体火箭发动机点火技术领域，特别涉及一种复合缠绕壳体点火装置。
背景技术
点火装置以高点火可靠性的优势大量应用于固体火箭发动机的点火启动，常用的点火装置有金属壳体结构形式、金属壳体加外防热层结构形式，在固体火箭发动机长时间工作过程中，由于受到3000℃以上、10MPa级的高温高压燃气烧蚀，引起点火器壳体发生破坏掉块、烧熔断裂等现象，其残块脱落导致发动机结构破坏、燃烧异常等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合缠绕壳体点火装置，主要解决了现有技术中所提到的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种复合缠绕壳体点火装置，包括复合缠绕壳体，所述复合缠绕壳体的内部为中空结构，所述复合缠绕壳体的一端设置有安装口，所述安装口的内壁上通过接头安装有发火组件；
所述复合缠绕壳体的内壁设置有内腔衬垫，所述内腔衬垫的内壁沿轴线方向并排设置有多组药饼，多组所述药饼串接在一起形成点火药，多组所述药饼沿轴线方向均设置有通孔，用于在所述内腔衬垫的内部形成流道；
所述复合缠绕壳体的外表面均匀设置有多组排气孔，多组所述排气孔的另一端分别贯穿所述内腔衬垫的内壁，所述复合缠绕壳体的外表面设置有密封层，用于对多组所述排气孔进行密封。
优选的，所述复合缠绕壳体由多组长丝纤维通过环向和纵向交替缠绕制成，且所述长丝纤维采用湿法工艺缠绕成型。
进一步优选的，所述复合缠绕壳体的制备方法为：
以所述内腔衬垫为芯模，将所述长丝纤维分别绕所述内腔衬垫外表面的环向和纵向缠绕一圈，重复上述缠绕操作，直至复合缠绕壳体要求，得到预制体；
在所述预制体上开设所述安装口和所述排气孔，即得到所述复合缠绕壳体。
进一步优选的，在缠绕操作前，采用纺织原液对所述长丝纤维进行浸润；
在缠绕操作结束后，对所述预制体进行烘干、定型。
进一步优选的，所述纺织原液为环氧值为0.8-0.9的环氧树脂胶液；
所述烘干条件为室温。
优选的，所述长丝纤维选用玻璃纤维、高硅氧纤维或碳纤维中的一种或多种。
进一步优选的，所述长丝纤维为玻璃纤维、高硅氧纤维和碳纤维各一根编制形成的复合纤维丝。
优选的，所述接头远离所述安装口的一端嵌入设置在所述内腔衬垫与所述复合缠绕壳体之间。
优选的，所述内腔衬垫采用硬质橡胶材料，使得所述内腔衬垫能够承受至少30MPa的高压。
进一步优选的，所述内腔衬垫采用厚度为10-15mm的RTV硅橡胶。
优选的，所述密封层设置为三防膜，所述三防膜采用厚度为0.1-0.2mm的铝塑膜，并通过耐高温无机胶粘接在所述复合缠绕壳体的外表面上。
优选的，多组所述药饼等距间隔设置在所述内腔衬垫的内壁上，使得位于内腔衬垫两侧的药饼与内腔衬垫的两端之间分别形成第一燃气腔，相邻两组所述药饼之间形成第二燃气腔，所述流道分别与第一燃气腔和第二燃气腔连通。
优选的，相邻两组所述药饼之间的间距设置为1-3cm。
优选的，所述内腔衬垫的内壁上每间隔两个所述药饼至少设置有一个所述排气孔，所述排气孔与所述第二燃气腔连通。
优选的，所述第一燃气腔的体积大于所述第二燃气腔的体积。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中，通过设置内腔衬垫，避免复合缠绕壳体内部发生串火等引起复合缠绕壳体失效的现象；并将各组药饼产生的高温高压燃气及粒子由复合缠绕壳体侧面的多组排气孔流出点火装置，形成径向高温高压燃气及粒子射流，与发动机主装药剧烈换热，大幅提高了发动机的点火可靠性，便于点火装置的高温高压燃气及粒子流出，使得发动机长时间工作过程中，点火装置内部不会发生烧蚀等结构破坏现象。
2、本发明中，点火药由多组并排间隔设置的药饼串接制成，使得位于内腔衬垫两侧的药饼与内腔衬垫的两端之间分别形成第一燃气腔，相邻两组药饼之间形成第二燃气腔；同时多组药饼沿轴线方向均开设有通孔，通孔与第一燃气腔和第二燃气腔连通，用于在内腔衬垫的内部形成流道，使得药饼的内孔和侧面同时燃烧，大幅增加了点火药的燃烧面积和质量流率，增加了点火能量密度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的复合缠绕壳体点火装置的内部结构示意图；
图2为本发明中图1去掉发火组件和药饼的结构示意图；
图中：1、复合缠绕壳体，2、安装口，3、接头，4、发火组件，5、内腔衬垫，6、药饼，7、通孔，8、排气孔，9、密封层，10、第一燃气腔，11、第二燃气腔。
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做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。
如图1-图2所示，本发明提供一种复合缠绕壳体点火装置，包括复合缠绕壳体1，复合缠绕壳体1的内部为中空结构，复合缠绕壳体1的一端预留有安装口2，安装口2的内壁上通过接头3螺纹安装有发火组件4，复合缠绕壳体1的内壁固定安装有内腔衬垫5，且接头3的外表面设置有螺纹槽的一侧嵌入安装到内腔衬垫5与复合缠绕壳体1之间，然后通过耐高温无机胶对接头3和复合缠绕壳体1的连接处进行密封；
内腔衬垫5采用厚度为12mm的RTV硅橡胶，使得内腔衬垫5能够承受至少30MPa的高压，在发动机长时间工作过程中，及其点火装置工作过程中，复合缠绕壳体1不会发生串火等引起复合缠绕壳体1失效的现象；内腔衬垫5的内壁沿轴线方向并排等距间隔安装有多组药饼6，相邻两组药饼6之间的间距设置为1.5cm（也可以设置在1-3cm之间），使得位于内腔衬垫5两侧的药饼6与内腔衬垫5的两端之间分别形成第一燃气腔10，相邻两组药饼6之间形成第二燃气腔11，多组药饼6串接在一起形成点火药，且多组药饼6沿轴线方向均开设有通孔7，通孔7分别与第一燃气腔10和第二燃气腔11连通，用于在内腔衬垫5的内部形成流道；使得药饼6的内孔和侧面同时燃烧，大幅增加了点火药的燃烧面积和质量流率，增加了点火能量密度。
进一步的，复合缠绕壳体1的外表面均匀开设有多组排气孔8，多组排气孔8的另一端分别贯穿内腔衬垫5的内壁，使得复合缠绕壳体1的外表面采用多排侧面排气孔8结构，能够将各组药饼6产生的高温高压燃气及粒子由复合缠绕壳体1侧面的多组排气孔8流出点火装置，形成径向高温高压燃气及粒子射流，与发动机主装药剧烈换热，大幅提高了发动机的点火可靠性，便于点火装置的高温高压燃气及粒子流出，比以往的横向单通道排气孔8增加了排气面积，使得发动机长时间工作过程中，点火装置内部不会发生烧蚀等结构破坏现象；同时内腔衬垫5的内壁上每间隔两个药饼6对称设置有两个排气孔8，且药饼6与内腔衬垫5的内端之间不设置排气孔8，用于将排气孔8与第二燃气腔11连通，能够避免产生的大量高温高压燃气及粒子穿过流道从远离发火组件4的第一燃气腔10排出，用于保证各药饼6的侧面充分燃烧。
需要说明的是：本实施例中的第一燃气腔10的体积大于第二燃气腔11的体积，能够对内腔衬垫5的端部起到一定的缓冲作用，同时增加端部点火能量密度，使得内腔衬垫5内部的药饼6能够从两侧向中间快速燃烧。
本实施例中，复合缠绕壳体1的制备方法为：首先分别准备一根长丝状的玻璃纤维、高硅氧纤维和碳纤维，然后将玻璃纤维、高硅氧纤维和碳纤维通过交叉编织形成一根复合纤维丝，然后将复合纤维丝采用环氧值为0.85的环氧树脂胶液进行浸润，并将浸润后的复合纤维丝绕内腔衬垫5外表面的环向和纵向缠绕一圈，重复上述缠绕操作，直至复合缠绕壳体1要求，得到预制体；然后在室温条件下对预制体进行烘干、定型，最后在定型后的预制体上开设安装口2和排气孔8得到复合缠绕壳体1；同时为了提高点火装置的防潮、防盐雾和防霉菌性能，在复合缠绕壳体1的外表面通过耐高温无机胶粘接有三防膜，形成密封层9对多组排气孔8进行密封；
其中，三防膜采用厚度为0.1-0.2mm的铝塑膜，而目前铝塑膜的规格只有0.088mm、0.113mm和0.152mm三种，为此在本实施例中三防膜优先选用0.152mm规格的铝塑膜，便于达到更好的性能指标。
本实施例中，通过采用基于内插式A/D采集卡的PC测试系统，对工作时间为145s、178s的固体火箭发动机进行点火试验验证，该复合缠绕壳体1点火装置点火可靠，点火后发动机工作过程中点火装置结构完整，未出现因烧蚀造成的结构破坏，复合缠绕壳体1点火装置满足长时间工作发动机结构完整性要求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种复合缠绕壳体点火装置，其特征在于：包括复合缠绕壳体（1），所述复合缠绕壳体（1）的内部为中空结构，所述复合缠绕壳体（1）的一端设置有安装口（2），所述安装口（2）的内壁上通过接头（3）安装有发火组件（4）；
所述复合缠绕壳体（1）的内壁设置有内腔衬垫（5），所述内腔衬垫（5）的内壁沿轴线方向并排设置有多组药饼（6），多组所述药饼（6）串接在一起形成点火药，多组所述药饼（6）沿轴线方向均设置有通孔（7），用于在所述内腔衬垫（5）的内部形成流道；
所述复合缠绕壳体（1）的外表面均匀设置有多组排气孔（8），多组所述排气孔（8）的另一端分别贯穿所述内腔衬垫（5）的内壁，所述复合缠绕壳体（1）的外表面设置有密封层（9），用于对多组所述排气孔（8）进行密封；
多组所述药饼（6）等距间隔设置在所述内腔衬垫（5）的内壁上，使得位于内腔衬垫（5）两侧的药饼（6）与内腔衬垫（5）的两端之间分别形成第一燃气腔（10），相邻两组所述药饼（6）之间形成第二燃气腔（11），所述流道分别与第一燃气腔（10）和第二燃气腔（11）连通；
所述内腔衬垫（5）的内壁上每间隔两个所述药饼（6）至少设置有一个所述排气孔（8），所述排气孔（8）与所述第二燃气腔（11）连通。
2.根据权利要求1所述的一种复合缠绕壳体点火装置，其特征在于：所述复合缠绕壳体（1）由多组长丝纤维通过环向和纵向交替缠绕制成，且所述长丝纤维采用湿法工艺缠绕成型。
3.根据权利要求2所述的一种复合缠绕壳体点火装置，其特征在于：所述长丝纤维选用玻璃纤维、高硅氧纤维或碳纤维中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种复合缠绕壳体点火装置，其特征在于：所述接头（3）远离所述安装口（2）的一端嵌入设置在所述内腔衬垫（5）与所述复合缠绕壳体（1）之间。
5.根据权利要求1所述的一种复合缠绕壳体点火装置，其特征在于：所述内腔衬垫（5）采用硬质橡胶材料，使得所述内腔衬垫（5）能够承受至少30MPa的高压。
6.根据权利要求1所述的一种复合缠绕壳体点火装置，其特征在于：所述密封层（9）设置为三防膜，所述三防膜采用厚度为0.1-0.2mm的铝塑膜，并通过耐高温无机胶粘接在所述复合缠绕壳体（1）的外表面上。
7.根据权利要求1所述的一种复合缠绕壳体点火装置，其特征在于：相邻两组所述药饼（6）之间的间距设置为1-3cm。
8.根据权利要求7所述的一种复合缠绕壳体点火装置，其特征在于：所述第一燃气腔（10）的体积大于所述第二燃气腔（11）的体积。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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