[發明專利]一種一次固化成型的全復合材料發動機噴管

有效

• 申請號: 202111430166.3
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN114198223B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 黃馳;胡銘杰;尹佶欣;馮栩聲;廖俊
• 申請（專利權）人: 湖北航泰科技有限公司
• 主分類號: F02K9/97
• 分類號: F02K9/97;B29C53/56;B29C53/58
• 代理公司: 武漢智匯為專利代理事務所(普通合伙) 42235
• 代理人: 李恭渝

本發明涉及一種一次固化成型的全復合材料發動機噴管，包括喉襯、收斂段、隔熱層、內燒蝕層和復合材料殼體，喉襯作為起始面層，收斂段、燒蝕層、隔熱層以及復合材料殼體依次由內向外回轉成型為噴管，在所有纏繞工作完成后整體進行一次熱壓固化成型；收斂段為碳纖維布帶預浸料整體纏繞成型；燒蝕層在喉襯和模具上通過纖維或布帶經纏繞而成；隔熱層在燒蝕層外側通過纖維或布帶預浸料斜纏成型；復合材料殼體在隔熱層外側通過纖維或布帶鋪放或纏繞成型。本發明通過過渡結構樹脂的共固化技術，一次完成復合材料噴管不同結構和功能層的固化，界面無化學結構性突變，從而使界面強度提高，無脫粘風險，同時還縮短了全復合材料噴管的生產周期。

技術領域

本發明專利涉及固體火箭發動機技術領域，具體涉及一種一次固化成型的全復合材料發動機噴管。

背景技術

發動機噴管是固體火箭發動機工作環境最惡劣的部位，據不完全統計，固體火箭發動機故障80％以上出現在噴管。發動機噴管工作過程中需要承受3000℃以上的高溫、上百個大氣壓的壓力和數個馬赫的高溫、高壓、高速的燃氣的沖刷和燒蝕，因此，發動機噴管既是結構部件(需要承受極高的壓力)又是功能部件(需要抵抗高溫高壓高速燃氣沖刷和燒蝕)。基于上述原因，固體火箭發動機噴管極為復雜，其由功能層(喉襯、收斂段、燒蝕層和隔熱層)和結構層(承力殼體)組成，其中功能層主要起到抵抗燒蝕和隔熱的作用，而結構層則主要起到結構承載作用。

傳統的發動機噴管各功能層和結構層部件采用裝配的方式成型，主要包括喉襯、收斂段、背襯、擴散段和結構層分別成型后配車膠接。此種成型方式一方面存在較多的裝配間隙，從而容易導致噴管工作過程中躥氣而失效解體；另一方面，此種方式采用金屬結構層，其比強度低，從而整個噴管的重量高，降低了火箭的整體運載能力。一體化成型復合材料噴管是解決上述問題的有效方法，發明專利CN?106979095A提出了使用整體式噴管替代裝配式噴管的制作方法，通過使用復合材料結構層替代金屬結構層大大降低了噴管的整體重量，采用一體化成型方法較好的解決了裝配可能躥氣的風險。使用新型專利ZL?201721734657.6和ZL?201820739442.1則進一步介紹了一體化成型復合材料噴管的?Z向增強和收斂段防沖刷的方法。然而，這些一體化成型的方式都存在多步固化多步加工的情況，多步固化多步加工會給一體化成型復合材料噴管帶來如下兩方面的弊端：

(1)多步固化的后面固化過程中，前面已經固化的各功能結構層的熱膨脹系數不一樣，在后一步固化過程中存在較大的熱應力，從而導致界面層破壞；

(2)由于噴管生產過程中固化及加工耗時占比很大，固化及加工程序增多會帶來噴管生產效率的大大降低。

鑒于多步固化加工會帶來上述弊端，亟待找到一種新的固化加工工藝來優化發動機噴管的生產加工以及提高其工作可靠性。

發明內容

本發明針對目前一體化成型復合材料噴管的多步固化多步加工的問題，采用過渡結構樹脂的共固化技術，一次完成復合材料噴管不同結構和功能層的固化，避免了全復合材料噴管多次固化導致的熱膨脹應力及固化界面不可靠的問題，同時減少了全復合材料噴管的生產周期，大大提高了全復合材料噴管的生產能力和工作可靠性。

為實現上述目的，本發明提供了一種一次固化成型的全復合材料發動機噴管，包括喉襯、收斂段、隔熱層、內燒蝕層和復合材料殼體，喉襯作為起始面層，收斂段、燒蝕層、隔熱層以及復合材料殼體依次由內向外回轉成型為噴管，在所有纏繞(鋪放)工作完成后整體進行一次熱壓固化成型；

所述喉襯為碳纖維編織整體成型制備成預制件后經化學氣相沉積工藝而成的碳碳復合材料；

所述收斂段為碳纖維布帶預浸料整體纏繞成型；

所述燒蝕層在喉襯和模具上通過纖維或布帶經纏繞而成；

所述隔熱層在燒蝕層外側通過纖維或布帶預浸料斜纏成型；

所述復合材料殼體在隔熱層外側通過纖維或布帶鋪放或纏繞成型。