[發明專利]一種高超音速彈用承載、燒蝕防熱一體化復合材料彈翼、舵及其制備方法

有效

• 申請號: 202010521974.X
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111707145B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 郟保琪;袁金;張雄軍;周永江;馮彬彬;胡旭輝
• 申請（專利權）人: 寧波曙翔新材料股份有限公司
• 主分類號: F42B10/02
• 分類號: F42B10/02;F42B10/38;B29C70/34;B29C70/54
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發明公開了一種高超音速彈用承載、燒蝕防熱一體化復合材料彈翼、舵及其制備方法，包括以下步驟：1)根據高超音速導彈型號不同，其對彈翼、舵承受氣流溫度、燒蝕時間、氣動載荷下翼尖位移要求也不同，將彈翼、舵的整體鋪層結構設計分為兩部分，即彈翼、舵承載層和彈翼、舵耐燒蝕層；2)彈翼、舵承載層選擇編織碳/高溫環氧預浸布、編織碳/聚酰亞胺預浸布、編織碳/雙馬來酰亞胺預浸布中的一種，彈翼、舵耐燒蝕層碳/酚醛預浸布、碳/苯并噁嗪預浸布、碳/芳炔樹脂預浸布中的一種，纖維質量含量控制在65?75％，采用碳纖維預浸布鋪層一次模壓工藝，避免結構/功能層基體樹脂因樹脂含量過高及加壓時機早、壓力過大導致相互滲透、彈翼、舵耐燒蝕層膠液溢出過多造成的性能缺陷。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種彈翼、舵的結構及制備方法，尤其涉及一種高超音速彈用承載、燒蝕防熱一體化復合材料彈翼、舵及其制備方法。

背景技術

彈翼、舵是高超音速導彈的關鍵部件，為導彈提供飛行升力，此外在飛行過程中承受復雜的空氣載荷、氣動加熱，因此需要具備低重量、高強度、耐燒蝕要求。

現階段，大多數彈翼、舵采用鋁合金、鈦合金等金屬材料，在滿足高強度、耐燒蝕性能的條件下，惰性質量明顯高于復合材料彈翼、舵，導致導彈有效射程也明顯降低。

現有研究中，采用復合材料代替金屬材料用于制備彈翼、舵，例如中國專利申請CN104197790A公開了一種金屬加筋-纖維增強樹脂基復合材料蒙皮彈翼及其制備方法，它由金屬加筋、泡沫和纖維增強樹脂基復合材料蒙皮構成，但是其主體結構仍為金屬，并存在多處宏觀界面。又如中國專利申請CN109373826A公開了一種熱塑性短纖維模壓復合材料彈翼，其由T700短纖維碳纖維增強的聚芳醚砜醚酮酮樹脂模壓成型，但是短切纖維相對連續纖維成型復合材料制件存在強度低的缺陷。

金屬彈翼、舵的結構重量占導彈總體比重過高，在同樣滿足高強度、耐燒蝕性能的條件下，導彈有效射程相較于復合材料彈翼、舵明顯降低。防熱復合材料是先進熱防護系統設計研制的關鍵材料，發揮隔熱、承載等功能，涉及特殊環境下材料的多種熱響應以及多組元多尺度結構的高溫演化。高超音速條件下，彈翼、舵在需要承受復雜高載荷、高溫燒蝕的同時，降低質量，降低彈體的惰性載荷。

因此，迫切需要一種耐燒蝕復合材料彈翼、舵，使其具備“承載/燒蝕防熱”一體化，進而應用于高超音速導彈。

發明內容

本發明針對現有技術中，泡沫夾芯外覆纖維增強樹脂基復合材料蒙皮及短切纖維模壓復合材料彈翼、舵應用于高超音速導彈存在有多處宏觀界面、強度差等缺點，提供了一種高超音速彈用承載、燒蝕防熱一體化復合材料彈翼、舵，所述的復合材料是一種以編織碳/酚醛、苯并噁嗪、芳炔樹脂，和碳/高溫環氧、聚酰亞胺、雙馬來酰亞胺材料為基礎、結合鋪放、真空模壓等工藝，可以解決高超環境下燒蝕剝蝕控制的高溫微量燒蝕的高性能復合材料。

本發明還提供了一種高超音速彈用承載、燒蝕防熱一體化復合材料彈翼、舵的制備方法。

一種高超音速彈用承載、燒蝕防熱一體化復合材料彈翼、舵的制備方法，包括以下步驟：

1)將高超音速導彈的彈翼、舵的整體鋪層結構設計分為兩部分，即彈翼、舵承載層和彈翼、舵耐燒蝕層；

采用abaqus軟件對彈翼、舵的承受載荷、氣動加熱形式進行仿真分析，要求彈翼、舵在承受載荷并高溫受熱的條件下，內部彈翼、舵承載層溫度低于樹脂體系的玻璃化轉變溫度造成的承載性能損失導致整體變形＞2mm，計算出各結構/功能層纖維鋪層形狀、方向及層數；

2)彈翼、舵承載層選擇編織碳/高溫環氧預浸布、編織碳/聚酰亞胺預浸布、編織碳/雙馬來酰亞胺預浸布中的一種，彈翼、舵耐燒蝕層選擇碳/酚醛預浸布、碳/苯并噁嗪預浸布、碳/芳炔樹脂預浸布中的一種，纖維質量含量控制在65-75％，采用碳纖維預浸布鋪層一次模壓工藝，得到高超音速彈用承載、燒蝕防熱一體化復合材料彈翼、舵。