[發明專利]一種寬溫使用柔性接頭及柔性噴管

有效

• 申請號: 202110353951.7
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113074062B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 徐節榮;周子翔;許玉榮;祝珊;任孝宇;呂軒
• 申請（專利權）人: 湖北航天技術研究院總體設計所
• 主分類號: F02K9/32
• 分類號: F02K9/32;F02K9/97
• 代理公司: 武漢智權專利代理事務所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 王江能

本申請涉及固體火箭發動機領域，公開了一種寬溫使用柔性接頭，包括前法蘭、后法蘭、多層彈性件和多層增強件，所述前法蘭和后法蘭之間通過多層彈性件和多層增強件相連；所述彈性件采用加成型液體硅橡膠材料；所述增強件采用高強度的碳/酚醛復合材料；所述彈性件和增強件均為球環狀薄片結構，多層增強件和多層彈性件交替粘接；所述增強件的最短弧長比彈性件的最短弧長更長，且在增強件相對彈性件長出的部分填充動密封不硫化膩子。本申請的寬溫使用柔性接頭及柔性噴管，彈性件和增強件的穩定性和安全性能更好，具有更好的環境適應性能。

技術領域

本申請涉及固體火箭發動機技術領域，具體涉及一種寬溫使用柔性接頭及柔性噴管。

背景技術

目前，固體火箭發動機具有使用安全性好，可靠性高，儲存性能好，密度比沖高及勤務處理方便等優點，其在導彈領域成為了主要的動力裝置，在航天領域也被廣泛應用。柔性噴管是固體火箭發動機的關鍵部件之一，是發動機能量轉換和實現推力矢量控制的裝置，它通常由活動體、固定體，柔性接頭及作動器組成的。柔性接頭作為柔性噴管的核心部件，通過柔性接頭的變形，達到柔性噴管擺動的目的。

柔性接頭由前法蘭、后法蘭、增強件和彈性件四部分組成。增強件為柔性接頭提供了抵抗發動機壓強的剛度，在工作過程中主要承受由燃燒室壓強、擺動角度引起的內側環向壓縮應力。彈性件為柔性接頭提供了擺動所需的自由度，其利用橡膠材料剪切模量遠小于壓縮模量極易發生剪切變形的特性，使得柔性接頭在收到側向力時發生扭轉，帶動噴管型面按要求擺動。由彈性件和增強件粘合起來的柔性接頭工作環境惡劣，在工作過程承受發動機內部高壓、高溫載荷，因此，柔性接頭必須具備較高的結構強度、優異的抗高溫燒蝕性能以及良好的環境適應性。

現有技術中，彈性件是超彈性材料，因超彈性材料的特性(不可壓縮性、內部存在前兆體)，所以在工作時容易產生疲勞破壞，具體地，彈性件易發生裂紋擴展性破壞；又由于高溫、高壓的工作環境，增強件易產生高頻圓周波屈曲及體積壓縮破壞。由彈性件和增強件粘合起來的柔性接頭工作環境惡劣，在工作過程承受發動機內部高壓、高溫載荷，因此，柔性接頭必須具備較高的結構強度、優異的抗高溫燒蝕性能以及良好的環境適應性，在某些場景中，需要柔性接頭能夠在較寬的溫度范圍(如-60℃-+60℃)內正常適用，但目前現有的柔性接頭還沒有適應寬溫環境使用的。主要是亟待研發出寬溫使用的增強件和彈性件，而且兩者需要可靠地粘合起來整體作為柔性接頭適應寬溫環境的使用要求。

但是，目前傳統的金屬材料增強件均不能滿足寬溫環境使用要求，亟待研發滿足寬溫環境使用要求的復合材料增強件。復合材料增強件與傳統工藝設計方法制作的復合平板材料件應用工況不同，傳統復合平板材料受到的應力方向主要是沿著平面方向的拉伸、壓縮和垂直于平面方向的彎曲，傳遞的主要是拉伸應力，不能很好滿足在實際應用工況中受到的復雜多變的剪切應力和彎矩的需求，因此，按照傳統復合平板材料設計方式無法滿足柔性接頭的結構剛度和傳力功能。

再者，雖然目前傳統的硅橡膠彈性材料在寬溫域范圍內剪切性能穩定，具有優異的耐高低溫(-60℃-+60℃)和耐輻射、臭氧、溶劑等性能，優于許多傳統的彈性材料，非常適合柔性接頭較苛刻的工作環境要求，但是硅橡膠作為彈性件材料存在粘接較難等不足，因為分子鏈極性不強，反應活性較低以及不兼容的化學表面，很難與增強件材料(金屬或者復合材料，尤其是復合材料)之間形成有效的粘接，降低了柔性接頭使用的可靠性。

總之，現有的增強件和彈性件及其粘接制作的柔性接頭，不再能滿足固體火箭發動機高速發展的寬溫環境使用要求，如在某些場景中，需要柔性接頭能夠在較寬的溫度范圍(如-60℃-+60℃)內正常適用。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本申請的目的在于提供一種寬溫使用柔性接頭及柔性噴管，實現了輕量化設計，提升了整個柔性接頭的工作穩定性和受力性能，具有在較寬的溫度范圍(如-60℃-+60℃)內正常工作的環境適應性能。