[發明專利]三維高壓噴管預制體的凈形制備方法

有效

• 申請號: 201910180437.0
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN109914031B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 荊云娟;張新元;王海濤;張元
• 申請（專利權）人: 陜西元豐紡織技術研究有限公司
• 主分類號: D04C1/06
• 分類號: D04C1/06
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 談耀文

本發明公開了三維高壓噴管預制體的凈形制備方法，以噴管構件擴張段為起始編織截面，按照四步法三維多向編織工藝進行編織，在編織過程中，在噴管法蘭部位引入徑向紗，在噴管喉部位置引入環向紗線，在噴管擴張段截面漸變位置進行至少一次的減紗操作和移紗操作，在噴管法蘭截面突變位置進行一次性的加紗操作，得到變截面三維編織高壓噴管預制體。本發明的高壓噴管預制體的凈形制備方法可以實現高壓噴管的近凈尺寸整體成型，有效地減少了后期機械加工造成的纖維損傷，保證了噴管力學性能的穩定性；可以大大減輕高壓噴管的重量，采用高性能纖維編制噴管預制體，提高預制體的比強度、比剛度和耐疲勞性能。

技術領域

本發明屬于高壓噴管三維編織方法技術領域，具體涉及三維高壓噴管預制體的凈形制備方法。

背景技術

噴管是航天發動機中能量轉化的重要裝置，它將燃燒物產生的熱能轉化為能夠產生推力的動能，噴管的性能對發動機的推重比、強度和安全性等有很大的影響，因此設計出高效能的噴管對發動機至關重要。隨著火箭推進技術的發展，發動機噴管的結構和尺寸也有了很大的變化，對噴管的性能也提出了更高的要求：如耐超高溫、高壓，使用過程中耐熱化學腐蝕；結構重量更輕質、成本低、加工性能好、抗沖擊熱震性好等。目前航天發動機噴管大多采用金屬材料或復合材料來制備。相對于復合材料，金屬材料密度大，結構笨重，還需降溫系統，比模量、比強度低，抗疲勞性能及耐腐蝕性較差等缺點。對于三維編織復合材料，層合復合材料或紗線纏繞復合材料，由于層間沒有紗線連接，容易出現分層破壞，層間剪切強度低，抗沖擊損傷容限低等缺點；針刺預制體增強復合材料，雖然克服了2D層合復合材料層間結合強度弱的缺點，但與三維編織復合材料相比，由于由短纖維針刺織造，它的剪切強度，斷裂強度，承壓能力等性能都不及三維編織復合材料，尤其對于航天用發動機高壓噴管而言，它的抗剪切強力、耐壓能力要求都比較高，而三維編織預制體由連續長纖維織造，其復合材料具有明顯的優勢，如高比強度、高比模量、良好抗沖擊損傷性能，耐疲勞性能、不分層、可設計性強等優點，其纖維增強結構在空間上呈網狀分布，可以近凈成型地編制各種形狀，不存在二次加工造成的損傷。尤其在制造噴管出口錐(噴管擴張段)方面，既能保證材料整體結構完整性，還能滿足設計強度要求。

發明內容

本發明的目的是提供三維高壓噴管預制體的凈形制備方法，該方法可以提高噴管整體的比強度、比模量和抗疲勞性能，尤其針對高壓噴管法蘭部位的高抗剪切強力和噴管內壁耐高壓能力。

本發明采用的技術方案是：三維高壓噴管預制體的凈形制備方法，以噴管構件擴張段為起始編織截面，按照四步法三維多向編織工藝進行編織，在編織過程中，在噴管法蘭部位引入徑向紗，在噴管喉部位置引入環向紗線，在噴管擴張段截面漸變位置進行至少一次的減紗操作和移紗操作，在噴管法蘭截面突變位置進行一次性的加紗操作，得到變截面三維編織高壓噴管預制體。

本發明的特點還在于，

減紗操作為：

在噴管擴張段截面漸變位置，根據截面尺寸的變化，設計相應的減紗次數、截面內的減紗單元位置以及減紗數量，截面內的減紗單元要均勻分布，且每個減紗位置處減紗數量必須是整列或整行減紗結構單元的整數倍，以運動規律重復的最小編織紗排列和數量作為減紗單元，減列減紗操作是將整列減紗結構單元分為多個交錯排列的減紗單元，在截面縮減位置處，將所有的減紗單元中包含的紗線從編織機底盤懸掛點取下，懸掛至成型預制體上端，編織兩個花節后，再將其在預制件的自由頭端剪斷；減層減紗操作是在截面厚度縮減處，直接沿最外層紗線，將整行的紗線減掉。

移紗操作為：

在噴管擴張段截面縮減時，將與減紗單元處在相同行、相鄰列位置的紗線單元作為移紗單元，將每個減紗位置處交錯排列的右側減紗單元紗線空缺由它左側相鄰的移紗單元平移填充，直至交錯排列的右側減紗單元被填滿，出現左側整列紗線空缺，右側整列紗線被填平的狀態為止。

加紗操作為：