专利名称：一种火箭发动机喷管扩张段的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种喷管扩张段，具体涉及一种火箭发动机喷管扩张段。
背景技术：
火箭发动机喷管主要由喉衬、扩张段、绝热层以及喷管壳体等几部分组成。其中扩张段主要起使燃气加速并产生推力的作用，是喷管中主要的烧蚀防热构件，一般使用耐烧蚀和隔热材料加工，其在整个喷管重量中所占比重很大，因此扩张段选择高强度材料及轻质化设计对于减轻喷管重量，提高喷管性能十分重要。传统喷管扩张段常用的耐烧蚀和隔热材料主要有碳布/酚醛缠绕材料、高硅氧布/酚醛缠绕材料、碳布/酚醛-高硅氧布/酚醛复合缠绕材料、碳纤维增强酚醛树脂模压材料、高硅氧纤维增强酚醛树脂模压材料、高硅氧纤维-碳纤维增强酚醛树脂复合模压材料
坐寸ο
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于喷管设计的轻质化与结构简化，同时提高喷管性能。为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种内侧采用碳/碳复合材料的火箭发动机喷管扩张段。具体技术方案如下:—种火箭发动机喷管扩张段，包括两部分，内侧为碳/碳复合材料扩张段，外侧缠绕高硅氧布/酚醛材料层。优选地，所述碳/碳复合材料扩张段小端外型面机加出凹槽和凸台用以缠绕高硅氧布/酚醛材料。一种火箭发动机喷管扩张段，包括两部分，内侧为碳/碳复合材料扩张段，外侧缠绕碳布/酚醛材料层。优选地，所述碳/碳复合材料扩张段小端外型面机加出凹槽和凸台用以缠绕碳布/酚醛材料。一种火箭发动机喷管扩张段，包括两部分，内侧为碳/碳复合材料扩张段，外侧缠绕碳布/酚醛-高硅氧布/酚醛复合材料层。优选地，所述碳/碳复合材料扩张段小端外型面机加出凹槽和凸台用以缠绕高硅氧布/酚醛-碳布/酚醛复合材料。碳/碳复合材料是一种强度相对较高、密度相对较低的复合材料。碳/碳复合材料与常用的烧蚀绝热材料(如碳布/酚醛-高硅氧布/酚醛复合缠绕材料)以及纤维增强酚醛树脂复合模压材料相比，可制成轻质、结构简单的火箭发动机喷管扩张段。碳/碳复合材料喷管扩张段与传统喷管扩张段相比，具有烧蚀率低、重量轻、强度高等优点，对于减轻喷管重量、简化喷管结构设计、提高喷管性能具有十分重要的应用意义。
图1显示出了本发明提出的一种火箭发动机喷管扩张段结构示意图。图中所示标记如下:1、碳/碳复合材料扩张段；2、高硅氧布/酚醛材料层。
具体实施方式
下面通过具体实例对本实用新型进行进一步描述。参阅图1。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构思。本发明提出的一种火箭发动机喷管扩张段，应用于固体火箭发动机，其扩张段材料为碳/碳复合材料与高硅氧布/酚醛缠绕材料或碳布/酚醛缠绕材料或碳布/酚醛-高硅氧布/酚醛复合缠绕材料复合，并经加压固化成型。实施例1使用碳/碳复合材料和高硅氧布/酚醛材料制备固体火箭发动机的喷管扩张段的具体步骤如下:碳/碳复合材料扩张段I毛坯采用交替的“无纬布周向缠绕-无纬布母线方向铺层-炭毡铺层”成型工艺，通过气相沉积的工艺方法增加材料密度。对碳/碳复合材料扩张段毛坯采用接触法超声波探伤和X光探伤检查，排除内部缺陷及影响产品使用的其它缺陷；根据固体火箭发动机喷管扩张段结构形状，主要采用车削的工艺方法，对碳/碳复合材料扩张段毛坯内外型面进行机加，特别是小端外型面要机加出几处凹槽和凸台，因材料本身的特性和为保证产品的尺寸精度，每次车削的进给量相对较小；对机加完成后的碳/碳复合材料扩张段进行热处理，释放机加时产生的应力，并对其内型面进行致密化处理；根据固体火箭发动机喷管扩张段结构形状，在碳/碳复合材料扩张段外型面缠绕高硅氧布/酚醛材料层2，并经加压固化成型；正是在前面所述的碳/碳复合材料扩张段小端外型面的凹槽和凸台外缠绕了高硅氧布/酚醛材料，才保证了碳/碳复合材料扩张段在发动机工作过程中的位置保持和结构完整性；根据固体火箭发动机喷管扩张段结构形状，对碳/碳复合材料与高硅氧布/酚醛材料缠绕的复合制品外型面进行机加，最终成型设计状态的张段结构形状；采用接触法超声波探伤，对碳/碳复合材料扩张段与高硅氧布/酚醛材料缠绕制品的结合界面情况进行检查，不允许有脱粘的现象。扩张段碳/碳复合材料的拉伸强度(轴向)不小于90MPa、压缩强度(轴向)不小于150MPa、弯曲强度(轴向)不小于150MPa、层间剪切强度不小于55MPa，而高硅氧布/酚醛、碳布/酚醛或碳布/酚醛-高硅氧布/酚醛复合缠绕制品(GJB3402-1998)性能为拉伸强度(轴向)不小于29MPa、压缩强度(轴向)不小于55MPa、弯曲强度(轴向)不小于44MPa、层间剪切强度不小于14MPa。扩张段重量可减少40%左右，喷管重量可减少20%左右。上述具体实例是对本实用新型的特别说明，本实用新型的保护范围并不限于上述具体实例。例如，本实用新型不仅适用于固体火箭发动机，同样适用于液体火箭发动机、固液混合发动机等。本实用新型的请求范围以权利要求书所限定。
权利要求1.一种火箭发动机喷管扩张段，其特征在于，所述扩张段包括两部分，内侧为碳/碳复合材料扩张段，外侧缠绕高硅氧布/酚醛材料层。
2.根据权利要求1所述的一种火箭发动机喷管扩张段，其特征在于，所述碳/碳复合材料扩张段小端外型面机加出凹槽和凸台用以缠绕高硅氧布/酚醛材料。
3.一种火箭发动机喷管扩张段，其特征在于，所述扩张段包括两部分，内侧为碳/碳复合材料扩张段，外侧缠绕碳布/酚醛材料层。
4.根据权利要求3所述的一种火箭发动机喷管扩张段，其特征在于，所述碳/碳复合材料扩张段小端外型面机加出凹槽和凸台用以缠绕碳布/酚醛材料。
5.一种火箭发动机喷管扩张段，其特征在于，所述扩张段包括两部分，内侧为碳/碳复合材料扩张段，外侧缠绕碳布/酚醛-高硅氧布/酚醛复合材料层。
6.根据权利要求5所述的一种火箭发动机喷管扩张段，其特征在于，所述碳/碳复合材料扩张段小端外型面机加出凹槽和凸台用以缠绕高硅氧布/酚醛-碳布/酚醛复合材料。
专利摘要本实用新型涉及一种采用碳/碳复合材料与布基增强复合材料(或者纤维增强复合材料)复合，并经加压固化成型的喷管碳/碳扩张段。该喷管碳/碳扩张段与传统喷管扩张段，如碳布/酚醛-高硅氧布/酚醛复合缠绕制品扩张段相比，具有重量轻，强度高等优点，对于减轻喷管重量、提高喷管及火箭发动机的性能具有十分重要的应用意义。
文档编号F02K9/97GK202954896SQ201220673590
公开日2013年5月29日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者李掌收, 张静, 白晓宇, 易黎明 申请人:中国航天科工集团第六研究院四十一所