一种有系留功能的复合材料平面易碎盖及其制备方法

1.本发明涉及一种有系留功能的复合材料平面易碎盖及其制备方法，属于导弹发射及防护技术领域。


背景技术：

2.导弹发射箱盖的设计是影响导弹快速反应能力的重要因素之一，在导弹贮存时发射箱内充有一定的惰性气体避免弹头电子元件受到腐蚀，箱盖需在一定的压差下保持气密性；在导弹发射时需满足快速发射条件。传统的导弹发射箱盖多为金属盖，其打开方式采用机械式开启或爆炸螺栓开启盖(详见us pat.3970006, 1976；us pat.4333381,1982)，其制作材料为金属。金属盖一般质量较大，不仅增加整体质量，还需要专门的传动机构和伺服控制机构，长期存放易产生故障，且两种开盖方式存在诸多问题，如机械盖开启时间长，而爆破盖存在维护成本高，维修复杂等。
3.复合材料具有轻质高强、耐腐蚀性好、可设计性强等优点，已被广泛应用于航空航天、车辆、医疗等领域。使用复合材料制备导弹发射箱盖可以很好的解决传统发射箱盖质量大、反应时间长、维护成本高等问题。
4.为提高导弹发射效率，满足部队快速作战要求，国内已有其他学者做过研究。国内的一种整体冲破式复合材料薄膜盖(详见cn 1844839a,2006)，利用导弹发射前引擎产生的气流冲击薄膜盖，薄膜盖以预定轨迹整体破坏。国内的定向抛出复合材料易碎盖(详见cn 104864773a,2015)，通过设置分离区和连体区，使易碎盖抛出体在气流的冲击下实现定向抛出。以上国内的两种易碎盖均需将固化后的盖体先切割再胶接，并在胶接处贴纤维布补强，流程复杂，质量难以把控。易碎盖破坏抛出体，可能对操作人员及其他设备造成干扰。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种有系留功能的复合材料平面易碎盖，利用预置缺陷设计以及间断切割式预置缺陷设计相结合，且可通过调整切割层层数、铺层方式等，使易碎盖适应不同发射条件，是一种结构紧凑、适用性广泛的新型易碎盖。
6.本发明是这样实现的：
7.一种有系留功能的复合材料平面易碎盖，所述的易碎盖包括法兰框以及本体子瓣，所述的本体子瓣以其圆心为中点，将本体子瓣分割成若干瓣，每瓣为分瓣薄弱区；所述的法兰框以及本体子瓣中间连接的区域为边缘薄弱区；所述的分瓣薄弱区处采用间断切割式预置缺陷设计，具体为：分瓣薄弱区以其圆心为中心，沿着本体子瓣间分割线间断切割，切割时保留纤维连接且使用树脂胶填充；所述的边缘薄弱区为预置缺陷设计，具体地，所述的边缘薄弱区从盖体底部向顶部依次为底层，切割层，系留层；所述的底层无缺陷设计；所述的切割层在纵向沿边缘切割轨迹割断；所述的系留层铺设在切割层之上，系留层不切割且不浸胶保持柔性。
8.本发明的易碎盖边缘薄弱区采用预置缺陷设计。边缘薄弱区包含底层、切割后胶
接的切割层、系留层，底层可保证气密性能，切割层保证边缘薄弱区恰当的强度，在顶破后本体子瓣能够发生弯折，系留层保证本体子瓣在顶破后不飞出。
9.本发明以纤维布阶梯式切割方式制造薄弱区并用系留层保持柔性连接，即可使易碎盖具有良好的气密性能，又能使其在顶破后保持本体子瓣系留在导弹发射箱上，没有抛出物对人员和设备干扰。
10.进一步，易碎盖具有底面和顶面的区别，具有系留层的面为顶面，在安装时，易碎盖的底面朝发射筒内，顶面朝发射筒外，以确保导弹发射时顺利顶破，顶破后本体子瓣通过系留层连接在发射箱上。所述的易碎盖在顶破过程中，具有系留层的一面朝外，顶向易碎盖时，本体子瓣沿着分瓣薄弱区预置缺陷轨迹分瓣，边缘薄弱区处沿预置缺陷断裂，而系留层仍能保持连接，连接法兰框以及本体子瓣；当继续顶向易碎盖向外运动时，易碎盖系留层发生弯折，易碎盖完全破坏。
11.进一步，所述的法兰框以及本体子瓣的上表面还设置有增强层；所述的边缘薄弱区的上表面不设置增强层。所述的增强层包含一层或多层纤维布，为本体子瓣和法兰框的最上层结构，防止弹头顶破时系留层与本体子瓣间分层剥离。
12.进一步，所述的法兰框，本体子瓣和边缘薄弱区，即本发明的易碎盖采用的材料为高强玻璃纤维双向平纹布增强环氧树脂复合材料，其中边缘薄弱区的系留层未浸胶，该复合材料由高强玻璃纤维双向平纹布通过以环氧树脂胶为基体固化成型而成，铺层方式为[(0/90)/(
±
45)]
n
。采用此铺层顺序可使易碎盖整体结构获得准各向同性的性能特点，从而获得薄弱区均匀稳定的承载性能。所述的分瓣薄弱区间断切割后使用环氧树脂胶填充；
[0013]
所述的边缘薄弱区处最上层系留层使用高强玻璃纤维双向平纹布不进行浸胶处理，能够保持柔性连接，在顶破后能保证本体子瓣系留在发射箱上，没有抛出物对人员和设备造成影响。
[0014]
进一步，所述的切割层在纵向沿边缘切割轨迹割断，其纵向处浸胶增强，形成胶接。
[0015]
本发明还公开了一种有系留功能的复合材料平面易碎盖的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
[0016]
1)裁剪出所需尺寸和数量的高强玻璃纤维双向平纹布；
[0017]
2)清理模具，准备橡胶垫，在橡胶垫上贴好聚酯易碎塑料纸；
[0018]
3)配制环氧树脂；
[0019]
4)另备两张聚酯易碎塑料纸，在其上刻划边缘薄弱区轮廓，并沿轮廓裁剪备用；
[0020]
5)在橡胶垫上按设定的铺层顺序铺设切割层部分，逐层铺设并浸胶；
[0021]
6)对切割层部分按边缘切割轨迹切割，切割后沿切割轨迹补胶，盖上塑料纸用压辊挤出多余胶液，撤掉塑料纸；
[0022]
7)在切割层部分之上铺设底层纤维布，浸胶；
[0023]
8)使用盖板模具，将铺好的切割层、底层一同翻转，使切割层暴露在最上；
[0024]
9)在切割层上铺一层双向平纹布，使用备好的边缘薄弱区轮廓塑料纸压在其上，轮廓塑料纸圆心对准同心圆圆心，在塑料纸之外地方均匀浸胶，保持塑料纸按压处平纹布不浸胶，制作不浸胶系留层；
[0025]
10)取下轮廓塑料纸，另取一张双向平纹布，沿轮廓塑料纸裁剪，得到本体大小圆
形平纹布，边缘薄弱区形状的平纹布，和剩余外侧平纹布，弃置边缘薄弱区形状平纹布，留其他两块备用；
[0026]
11)将裁剪得到的两块平纹布铺设在系留层上，对准同心圆圆心，浸润树脂胶，制成增强层；
[0027]
12)将铺设好的底层、切割层、增强层沿法兰框划线切割，弃置法兰框外部分；
[0028]
13)将裁去法兰框外侧部分剩余纤维布，沿本体子瓣分瓣划线进行间断切割，沿切割处补胶增强；
[0029]
14)盖上模具，室温固化；
[0030]
15)热处理、冷却、脱模；
[0031]
16)切割、打磨、抛光，易碎盖制作完成。
[0032]
进一步，所述的易碎盖切割层在纤维布浸胶后未固化前，按边缘切割轨迹割断；所述的系留层在制作中不浸胶；所述的分瓣薄弱区在浸胶后间断切割。
[0033]
本发明与现有技术的有益效果在于：
[0034]
本发明的易碎盖通过间断切割方式制作分瓣薄弱区缺陷，使易碎盖在弹头顶破时沿预设轨迹分瓣；用预制缺陷方式制作边缘薄弱区缺陷，附以柔性系留层结构，使顶破后边缘薄弱区沿着预置缺陷弯折，且易碎盖本体子瓣能系留在发射箱上，无抛出体；
[0035]
本发明设计的一种有系留功能的复合材料平面易碎盖，易碎盖在弹头顶破时沿分瓣薄弱区轨迹分瓣，本体子瓣在弹头作用下沿边缘薄弱区阶梯切割轨迹发生弯折，并通过系留层连接在导弹发射箱上；结构紧凑，可设计性强，薄弱区力学性能可控，工艺流程简单，质量稳定可控；
[0036]
本发明可根据发射条件，调整铺层方式和层数、分瓣薄弱区切割方式，使易碎盖适用于不同发射条件。本发明的制备工艺简单且质量稳定，结构紧凑，解决了现有技术中流程复杂、质量稳定性较难控制、抛出体干扰的问题。
附图说明
[0037]
图1为本发明一种有系留功能复合材料平面易碎盖的俯视图；
[0038]
图2为本发明易碎盖中边缘薄弱区细观结构示意图；
[0039]
图3为本发明易碎盖中分瓣薄弱区细观结构示意图；
[0040]
图4为本发明易碎盖中边缘薄弱区弯折示意图；
[0041]
图5为本发明易碎盖沿分瓣薄弱区剖面示意图；
[0042]
图6为本发明一种有系留功能复合材料平面易碎盖在顶破试验中安装方式；
[0043]1‑
法兰框，2
‑
本体子瓣，3
‑
分瓣薄弱区，4
‑
边缘薄弱区，5
‑
系留层，6
‑
底层， 7
‑
切割层，8
‑
边缘切割轨迹，9
‑
增强层。
具体实施方式
[0044]
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0045]
本实施中的阶梯切割平面整体冲破式易碎盖，其制备过程包括以下步骤：
[0046]
1)裁剪出9块400mm
×
400mm的高强双向玻璃纤维布；
[0047]
2)清理模具，准备橡胶垫，在橡胶垫上贴好聚酯易碎塑料纸；
[0048]
3)使用聚酯易碎塑料纸刻划出边缘薄弱区模具，配制环氧树脂；
[0049]
4)制作切割层，取6块布按[(0/90)/(
±
45)]3的顺序逐层铺设、浸胶；
[0050]
5)在切割层上贴好聚酯易碎塑料纸，在塑料纸上刻画直径为290mm的圆形切割轨迹，将切割层沿切割轨迹割断；
[0051]
6)制作底层，在切割层上铺一层纤维布，浸胶；
[0052]
7)使用盖板模具，将铺好的切割层、底层一同翻转，使切割层暴露在最上；
[0053]
8)在切割层上铺一层纤维布，使用3)制作的边缘薄弱区模具压在纤维布上，在纤维布上其他部分浸胶，保持边缘薄弱区区域不浸胶；
[0054]
9)取另一块玻璃纤维布，沿着边缘薄弱区模具切割，仅保留本体部分和外侧部分，抛弃边缘薄弱区部分；
[0055]
10)将9)切割的外侧部分和本体部分铺设在易碎盖上，对心，刷胶，制成增强层；
[0056]
11)将铺设好的底层、切割层、增强层沿法兰框外沿划线切割，弃置法兰框外部分；
[0057]
12)将纤维布，沿分瓣薄弱区轨迹，间断切割，切割处补胶增强；
[0058]
13)盖上模具，室温固化；
[0059]
14)热处理、冷却、脱模；
[0060]
15)切割、打磨、抛光，易碎盖制作完成。
[0061]
按照本发明的方法制备的一种有系留功能的复合材料平面易碎盖如图1～3所示；所述的易碎盖包括法兰框1、本体子瓣2、本体子瓣2间的分瓣薄弱区3、以及法兰框1和本体子瓣2中间的边缘薄弱区4，所述的边缘薄弱区4处铺层结构设计包含系留层5铺设及预置缺陷设计；所述的分瓣薄弱区3处采用间断切割式预置缺陷设计；所述的易碎盖边缘薄弱区4从盖体底部向顶部依次包括底层6，切割层7，系留层5；所述的切割层7沿边缘切割轨迹8割断，底层6无缺陷设计；所述的系留层5铺设在切割层7之上；系留层5不浸胶保持柔性；边缘切割轨迹 8在边缘薄弱区4内；所述的分瓣薄弱区3沿着本体子瓣2间分割线间断切割，即切割时保留少量纤维连接，再使用树脂胶填充。所述的易碎盖在本体子瓣2 和法兰框1上，包含区别于边缘薄弱区4的增强层9。
[0062]
利用上述方法制备的一种有系留功能的复合材料平面易碎盖在顶破试验中安装方式如图6所示，其中具有系留层的一面朝发射筒外。如图4～5所示，当弹头在作动筒的作用下顶向易碎盖时，易碎盖发生破坏，本体子瓣2沿着分瓣薄弱区3预置缺陷轨迹分瓣，边缘薄弱区4处沿预置缺陷断裂，而表面系留层5仍能保持连接，连接本体子瓣2和法兰框1。弹头继续向外运动时，易碎盖系留层5 发生弯折，让出导弹发射轨迹。
[0063]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。