[發明專利]一種火箭用大尺寸輕質保護蓋整體成型方法

有效

• 申請號: 201610206648.3
• 申請日: 2016-04-05
• 公開（公告）號: CN105856585B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 史漢橋;劉千;孫寶崗;楊智勇;張毅
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/54;B32B37/16
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 陳鵬

技術領域

本發明涉及一種復合材料為主的火箭用輕質保護蓋的整體成型方法。

背景技術

運載火箭的尾部、各級間部段均包含有眾多易損部件，組裝發射前容易在運輸、吊裝、貯存等過程中因意外碰撞而導致損傷破壞，進而導致部件報廢或返廠維護，嚴重影響型號的發射進度。因此，火箭尾部和各級間部段常采用保護蓋來保護內部的重要部件。

傳統的火箭保護蓋采用金屬材料制備，重量較大，運輸和吊裝困難。特別是隨著新一代運載火箭尺寸的顯著增加，采用傳統金屬保護蓋將嚴重超重，難以進行運輸和吊裝等。因此，研制運載火箭用大尺寸輕質保護蓋已迫在眉睫。

近年來，復合材料泡沫夾層結構由于輕質、承載性好、可設計性強等優勢得到了快速的發展。復合材料泡沫夾層結構是由復合材料面板和泡沫芯材膠接而成，具有較高的結構剛度和較小的結構重量，比蜂窩夾層結構更易于成型復雜件，被廣泛應用于對剛度要求高的飛行器尾翼、尾梁、機身等部件和艦船殼體等。

運載火箭的保護蓋，頂部呈圓蓋狀，側壁為圓筒狀。若采用復合材料蜂窩夾層制備保護蓋，存在制造工藝復雜、圓蓋段和圓筒段連接的過度區成型困難的問題，且復合材料蜂窩夾層結構尺寸較大時剪切性能不足。此外，由于運載火箭保護蓋要求較高的承載性，傳統的碳纖維布鋪層工藝制備該保護蓋，尤其是鋪層其過渡區時容易出現鋪層褶皺、纖維不能完全連續的現象，導致其不滿足高承載性的要求。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種用于保護火箭外露易損部件的大尺寸輕質復合材料保護蓋整體成型方法，采用本發明方法制備的產品承載性好、減重效果顯著，解決了傳統金屬方案質量太重、成型難、運轉困難的問題，同時也解決了傳統纖維布鋪層方案纖維褶皺、連續性差、承載性差的問題，特別適用于大尺寸筒蓋狀復合材料構件的制備。

本發明的技術解決方案是：一種火箭用大尺寸輕質保護蓋整體成型方法，包括如下步驟：

(1)采用鋼板加工筒蓋狀陽模外型面，其中圓蓋狀部分作為保護蓋頂部，圓筒狀部分作為保護蓋側壁，圓蓋狀部分和圓筒狀部分的連接區作為過渡區域，然后采用鋼質型材焊接成框架式支架，再將筒蓋狀陽模外型面焊接到框架式支架上，制得框架式陽模模具；

(2)采用連續的單向碳纖維/環氧樹脂預浸料，在框架式陽模模具上先按照平面極坐標的方式整體連續鋪層保護蓋頂部和側壁，然后將缺料部分劃分為不同象限，各個象限內再按平面直角坐標的方式鋪層缺料部分；所述的平面極坐標的方式為在鋪層時首先建立極坐標系，先確定角度，然后在該角度方向上從極坐標系的原點開始由內向外的延伸鋪層，并通過不斷的改變角度完成整體平面的鋪層；所述的平面直角坐標的方式為在鋪層時首先建立平面直角坐標系，定位缺料位置的直角坐標，并在定位直角坐標處單獨進行鋪層；

(3)重復步驟(2)執行8～15次，重復過程中保證每一次的極坐標方式的角度起始位置要互相錯位；執行完成后經熱壓罐工藝在80～180℃和0.4～0.7Pa壓力下固化1～3h，制得整體內蒙皮；

(4)按照保護蓋頂部、側壁和過渡區的尺寸和形狀，通過機加或熱定型方法分別加工成片狀、弧形、雙曲率狀的聚甲基丙烯酰亞胺泡沫；然后先在內蒙皮外側沿著整個外型面，在保護蓋頂部和側壁上全部粘貼膠膜，再在膠膜外沿著整個外型面，在保護蓋頂部和側壁分別粘貼聚甲基丙烯酰亞胺泡沫層；

(5)將聚甲基丙烯酰亞胺泡沫層作為剛性支撐，再次按照步驟(2)和步驟(3)的方式，在聚甲基丙烯酰亞胺泡沫層的表面上制得整體外蒙皮；

(6)采用熱壓罐工藝在80～180℃和0.1～0.4Pa壓力下固化1～3h，完成后脫去筒蓋狀陽模，制得火箭用保護蓋。

所述的聚甲基丙烯酰亞胺泡沫的密度范圍為70～200kg/m³。所述碳纖維為T300級碳纖維、T700級碳纖維、T800級碳纖維和T1000級碳纖維中的一種或其組合。所述環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、雙酚S型環氧樹脂中的一種或其組合。所述膠膜為環氧樹脂膠膜、聚氨酯樹脂膠膜和氰酸脂樹脂膠膜中的一種或其組合。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)本發明方法采用鋼板機加成筒蓋狀外型面，采用鋼質型材焊接支架，再將外型面焊接到支架上，制成框架式陽模模具，可以使超大尺寸保護蓋固化溫度場的溫度差小于5℃；

(2)本發明方法采用單向碳纖維/環氧樹脂預浸料成型復合材料蒙皮，并與PMI泡沫芯整體成型夾層結構大尺寸保護蓋，比傳統金屬方案減重30％以上，解決了傳統金屬方案質量太重、成型困難、運載困難的問題；