带喷管的发动机复合材料壳体一体成型方法技术

本发明专利技术公开了一种带喷管的发动机复合材料壳体一体成型方法，通过缠绕的方式将喷管预发动机复合材料壳体一体成型，取消了现有技术中发动机复合材料壳体与喷管单独成型后再用金属连接的结构，而是将喷管与发动机复合材料壳体后接头合为一体，在喷管装配到位后，喷管收敛段与发动机复合材料壳体一并缠绕成型，用缠绕层代替了原有的喷管金属壳体，去除了发动机复合材料壳体后接头、喷管金属壳体和连接件等部件，能有效提高发动机质量比；并且采用工艺封头和固定块，克服了喷管喉径对芯模芯轴的限制，能很好地保证喷管的轴向间隙以及与壳体同轴度的控制；另外，本发明专利技术的一体成型方法简单、操作方便、周期短且价格低廉。

Integrated forming method of engine composite material shell with nozzle

The present invention discloses a nozzle engine composite shell integrated method, through the winding method of nozzle pre engine composite material shell molding, metal structure and connection cancelled engine composite shell and the nozzle in the prior art alone after molding, but the composite shell of the nozzle and the engine joint together in the nozzle assembly, in place, and the engine nozzle convergent section of composite shell with winding, winding layer instead of the nozzle of the metal shell of the original, the removal of the engine shell composite joints, metal shell and nozzle fittings and other components, can effectively improve the quality of the engine and the process of the cover ratio; and a fixed block. The nozzle throat diameter of core core shaft overcomes the limitation of, which can ensure the axial clearance of nozzle and shell with In addition, the integrated forming method of the invention is simple, the operation is convenient, the period is short and the price is low.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于火箭发动机复合材料壳体成型
，具体涉及一种带喷管的发动机复合材料壳体一体成型方法。
技术介绍
研制高质量比固体发动机是固体推进技术的发展目标。火箭发动机的消极质量会降低火箭的运载能力，越往上面级，这种影响越大。纤维缠绕发动机壳体可有效降低发动机壳体的消极重量，是未来发动机壳体的主要发展方向，但常规的纤维缠绕发动机壳体通常还要通过后封头与喷管上的金属法兰连接，消极重量仍然较大，降低了固体火箭发动机的质量比，从而很大程度上影响了固体火箭发动机的使用性能，且制造装配过程繁杂、周期较长。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要针对传统加工方法的不足，提供一种既能有效提高发动机质量比、又能克服喷管喉径对芯模芯轴限制的带喷管的发动机复合材料壳体一体成型方法，保证喷管各零件轴向间隙以及与发动机复合材料壳体同轴度的控制。为实现上述目的，本专利技术所设计的带喷管的发动机复合材料壳体一体成型方法是将喷管与发动机复合材料壳体快捷高效合为一个整体的过程，所述发动机复合材料壳体包括壳体主体部分及连接在壳体主体部分前端的前接头，所述一体成型方法包括如下步骤：1)分别成型喷管、前接头、前裙、后裙、水溶性石英砂芯模及芯轴，其中：水溶性石英砂芯模的外型面与发动机复合材料壳体内型面一致；2)将水溶性石英砂芯模套装在芯轴上后，在水溶性石英砂芯模中间筒段周围包裹一层聚四氟乙烯薄膜，在水溶性石英砂芯模前段外表面、以及在水溶性石英砂芯模后段外表面且延伸至芯轴后轴的锥面均涂刷一层脱模剂；然后在聚四氟乙烯薄膜和脱膜剂上均贴上三元乙丙橡胶绝热层；3)将前接头安装到经过步骤2)处理后的水溶性石英砂芯模前段的前端；通过工艺封头将喷管安装到芯轴后轴上，且喷管的收敛段贴合于水溶性石英砂芯模后段的后端和芯轴后轴的锥面；4)安装完前接头和喷管之后，对前接头外表面及喷管收敛段外表面贴三元乙丙橡胶绝热层，然后采用双曲线纵向缠绕与环向缠绕相结合的方式对前接头外表面、水溶性石英砂芯模外表面及喷管收敛段外表面的三元乙丙橡胶绝热层进行一体化缠绕，并固化；5)经过步骤4)缠绕、固化后，将工艺封头拆除，将前裙安装到水溶性石英砂芯模前段缠绕层上，将后裙安装到水溶性石英砂芯模后段缠绕层上，并对前裙和后裙进行缠绕固化；6)前裙和后裙缠绕固化完成后，脱模得到带喷管的发动机复合材料壳体。进一步地，所述步骤1)中，水溶性石英砂芯模按照石英砂、聚乙烯醇和水的重量比为100∶(3～5)∶8的比例配制石英砂混合胶粘剂，固化得到水溶性石英砂芯模；水溶性石英砂芯模为分若干段砂型，每段砂型预先单独成型，每段砂型单独成型时预置环槽，其中前后两端的砂型外型面与发动机复合材料壳体内型面一致；所述每段砂型单独成型时，每段砂型的外型面留有机加余量，且端面平整。进一步地，所述步骤1)中，芯轴分为实心前轴、空心中轴及实心后轴，前轴、中轴和后轴单独机加时外径均留有机加余量，且前轴、中轴和后轴上分别设置有与水溶性石英砂芯模上的键相配合的键槽；且芯轴后轴的锥面与喷管收敛段的内型面一致。进一步地，所述步骤3)中，前接头与前端固定法兰盘连接，前端固定法兰盘通过前端固定卡爪固定在芯轴的前轴上；芯轴后轴上套有固定块，固定块衬在喷管的扩散段处；工艺封头通过后端固定装置固定在芯轴后轴上，且工艺封头和固定块均与芯轴同轴固定。进一步地，所述步骤5)中，前裙与前裙安装卡爪的后端连接，前裙安装卡爪的前端通过前端固定装置固定安装到芯轴前轴上，后裙与后裙安装卡爪的前端连接，后裙安装卡爪的后端通过后端固定装置固定安装到芯轴后轴上。进一步地，所述步骤5)中，双曲线纵向缠绕和环向缠绕所采用的材料均为纤维增强环氧树脂；所述步骤6)中，前裙和后裙缠绕所采用的材料均为纤维增强环氧树脂。进一步地，所述步骤6)中，将前裙安装卡爪、后裙安装卡爪和前端固定卡爪拆除，再从水溶性石英砂芯模前端用高压水枪对水溶性石英砂芯模进行冲洗以溶解芯模，并从前端取出芯轴，然后清除水溶性石英砂芯模中间筒段周围包裹的聚四氟乙烯薄膜。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术带喷管的发动机复合材料壳体一体成型方法，取消了现有技术中发动机复合材料壳体与喷管单独成型后再用金属连接的结构，而是将喷管与发动机复合材料壳体后接头合为一体，在喷管装配到位后，喷管收敛段与发动机复合材料壳体一并缠绕成型，用缠绕层代替了原有的喷管金属壳体，去除了发动机复合材料壳体后接头、喷管金属壳体和连接件等部件，能有效提高发动机质量比；并且采用工艺封头和固定块，克服了喷管喉径对芯模芯轴的限制，能很好地保证喷管的轴向间隙以及与壳体同轴度的控制；另外，本专利技术的一体成型方法简单、操作方便、周期短且价格低廉，尤其适用于纤维缠绕的发动机复合材料壳体。附图说明图1为本专利技术带喷管的发动机复合材料壳体一体成型的结构示意图；图2为图1中喷管的结构示意图；图3为本实施例中缠绕工装结构示意图；图4为本实施例中前裙和后裙上裙工装结构示意图；图5为图1中芯轴的结构示意图。其中：前接头1、固定块2、前裙3(其中：前裙安装卡爪31)、缠绕层4、后裙5(其中：后裙安装卡爪51)、喷管6(其中：收敛段61、扩散段62)、水溶性石英砂芯模7(其中：前段71、中间筒段72、后段73)、芯轴8(其中：前轴81、中轴82、后轴83、锥面84)、前段固定装置9、后端固定装置10、前端固定法兰盘11、前端固定卡爪12、工艺封头13、环槽14。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本专利技术，但它们不对本专利技术构成限定。如图1所示为带喷管的发动机复合材料壳体一体成型结构，包括喷管6与发动机复合材料壳体，发动机复合材料壳体包括壳体主体部分及连接在壳体主体部分前端的前接头1，该一体成型方法包括如下步骤：1)分别成型喷管6、前接头1、前裙3、后裙5、水溶性石英砂芯模7及芯轴8；其中：水溶性石英砂芯模7的外型面与发动机复合材料壳体内型面一致；本实施例中，水溶性石英砂芯模7按照石英砂、聚乙烯醇和水的重量比为100∶4∶8的比例配制石英砂混合胶粘剂，固化得到水溶性石英砂芯模7；并且，水溶性石英砂芯模7为分四段砂型，每段砂型预先单独成型，每段砂型单独成型时预置环槽14，其中前后两端的砂型外型面与发动机复合材料壳体内型面一致，如椭球形；每段砂型单独成型时，每段砂型的外型面留有机加余量，且端面平整，安装后相邻砂型之间的间隙采用石膏来加以填充，再机加到与发动机复合材料壳体内型面一致；结合图2、图5所示，芯轴8分为实心前轴81、空心中轴82及实心后轴83，前轴81、中轴82和后轴83单独机加时外径均留有机加余量，前轴81、中轴82和后轴83之间焊接成一体，并在焊后机加保证各部分的同轴度；且前轴81、中轴82和后轴83上分别设置有与水溶性石英砂芯模7上的键相配合的键槽，芯轴8与砂型采用键来进行周向固定；且芯轴8后轴83的锥面84与喷管6收敛段61的内型面一致，以保证贴合；2)结合图3所示，将水溶性石英砂芯模7套装在芯轴8上后，在水溶性石英砂芯模7中间筒段72周围包裹一层聚四氟乙烯薄膜，在水溶性石英砂芯模7前段71外表面、以及在水溶性石英砂芯模7后段73外表面且延伸至芯轴8后轴83的锥面84均涂刷一层脱模剂；然后在聚四氟乙烯薄膜和脱膜剂上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带喷管的发动机复合材料壳体一体成型方法，是将喷管(6)与发动机复合材料壳体快捷高效合为一个整体的过程，所述发动机复合材料壳体包括壳体主体部分及连接在壳体主体部分前端的前接头(1)，其特征在于：所述一体成型方法包括如下步骤：1)分别成型喷管(6)、前接头(1)、前裙(3)、后裙(5)、水溶性石英砂芯模(7)及芯轴(8)，其中：水溶性石英砂芯模(7)的外型面与发动机复合材料壳体内型面一致；2)将水溶性石英砂芯模(7)套装在芯轴(8)上后，在水溶性石英砂芯模(7)中间筒段(72)周围包裹一层聚四氟乙烯薄膜，在水溶性石英砂芯模(7)前段(71)外表面、以及在水溶性石英砂芯模(7)后段(73)外表面且延伸至芯轴(8)后轴(83)的锥面(84)均涂刷一层脱模剂；然后在聚四氟乙烯薄膜和脱膜剂上均贴上三元乙丙橡胶绝热层；3)将前接头(1)安装到经过步骤2)处理后的水溶性石英砂芯模(7)前段(71)的前端；通过工艺封头(13)将喷管(6)安装到芯轴(8)后轴(83)上，且喷管(6)的收敛段(61)贴合于水溶性石英砂芯模(7)后段(73)的后端和芯轴(8)后轴(83)的锥面(84)；4)安装完前接头(1)和喷管(6)之后，对前接头(1)外表面及喷管(6)收敛段(61)外表面贴三元乙丙橡胶绝热层，然后采用双曲线纵向缠绕与环向缠绕相结合的方式对前接头(1)外表面、水溶性石英砂芯模(7)外表面及喷管(6)收敛段(61)外表面的三元乙丙橡胶绝热层进行一体化缠绕，并固化；5)经过步骤4)缠绕、固化后，将工艺封头(13)拆除，然后将前裙(3)安装到水溶性石英砂芯模(7)前段(71)缠绕层(4)上，将后裙(5)安装到水溶性石英砂芯模(7)后段(73)缠绕层(4)上，并对前裙(3)和后裙(5)进行缠绕固化；6)前裙(3)和后裙(5)缠绕固化完成后，脱模得到带喷管的发动机复合材料壳体。...

【技术特征摘要】
1.一种带喷管的发动机复合材料壳体一体成型方法，是将喷管(6)与发动机复合材料壳体快捷高效合为一个整体的过程，所述发动机复合材料壳体包括壳体主体部分及连接在壳体主体部分前端的前接头(1)，其特征在于：所述一体成型方法包括如下步骤：1)分别成型喷管(6)、前接头(1)、前裙(3)、后裙(5)、水溶性石英砂芯模(7)及芯轴(8)，其中：水溶性石英砂芯模(7)的外型面与发动机复合材料壳体内型面一致；2)将水溶性石英砂芯模(7)套装在芯轴(8)上后，在水溶性石英砂芯模(7)中间筒段(72)周围包裹一层聚四氟乙烯薄膜，在水溶性石英砂芯模(7)前段(71)外表面、以及在水溶性石英砂芯模(7)后段(73)外表面且延伸至芯轴(8)后轴(83)的锥面(84)均涂刷一层脱模剂；然后在聚四氟乙烯薄膜和脱膜剂上均贴上三元乙丙橡胶绝热层；3)将前接头(1)安装到经过步骤2)处理后的水溶性石英砂芯模(7)前段(71)的前端；通过工艺封头(13)将喷管(6)安装到芯轴(8)后轴(83)上，且喷管(6)的收敛段(61)贴合于水溶性石英砂芯模(7)后段(73)的后端和芯轴(8)后轴(83)的锥面(84)；4)安装完前接头(1)和喷管(6)之后，对前接头(1)外表面及喷管(6)收敛段(61)外表面贴三元乙丙橡胶绝热层，然后采用双曲线纵向缠绕与环向缠绕相结合的方式对前接头(1)外表面、水溶性石英砂芯模(7)外表面及喷管(6)收敛段(61)外表面的三元乙丙橡胶绝热层进行一体化缠绕，并固化；5)经过步骤4)缠绕、固化后，将工艺封头(13)拆除，然后将前裙(3)安装到水溶性石英砂芯模(7)前段(71)缠绕层(4)上，将后裙(5)安装到水溶性石英砂芯模(7)后段(73)缠绕层(4)上，并对前裙(3)和后裙(5)进行缠绕固化；6)前裙(3)和后裙(5)缠绕固化完成后，脱模得到带喷管的发动机复合材料壳体。2.根据权利要求1所述的带喷管的发动机复合材料壳体一体成型方法，其特征在于：所述步骤1)中，水溶性石英砂芯模(7)按照石英砂、聚乙烯醇和水的重量比为100∶(3～5)∶8的比例配制石英砂混合胶粘剂，固化得到水溶性石英砂芯模(7)。3.根据权利要求1所述的带喷管的发动机复合材料壳体一体成型方法，其特征在于：所述步骤1)中，水溶性石英砂芯模(7)为分若干段砂型，每段砂型预先单独成型，每段砂型单独...

【专利技术属性】
技术研发人员：余峰，初敬生，邓德凤，张志斌，余天雄，
申请(专利权)人：湖北三江航天江北机械工程有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42