[发明专利]一种变锥度防热层的缠绕成型方法

说明书

本发明涉及一种变锥度防热层的缠绕成型方法，属于复合材料成型技术领域。本发明根据产品结构尺寸设计模具外形尺寸；根据产品每个锥段的角度和防热层厚度，制定大端缠绕角度和各个锥段的布带宽度；将单个锥段内当做单锥角进行倾斜缠绕，在缠绕至下个锥段前的5‑20mm范围内，更换下个锥段的缠绕布带，进行过渡；最后，对整个产品毛坯进行隔离材料的包扎、固化成型，经冷却后脱模得到多锥段防热产品。该产品具有良好的整体性和抗烧蚀性能。

技术领域

本发明涉及一种变锥度防热层的缠绕成型方法，属于复合材料成型技术领域。

背景技术

航天飞行器在飞行过程中会经历复杂的气动环境，外部温度能达到1000-2000℃，甚至更高，为保证飞行器内部仪器设备的正常使用，在金属壳体的外部均有烧蚀材料层。烧蚀材料在热流作用下，发生分解、熔化、蒸发、升华等多种物理化学变化，通过材料本身的质量消耗带走大量热量，从而起到防隔热的作用，其具有防热效率高和工作可靠等优点，是航天器最为常用，且应用范围很广的热防护材料。

航天飞行器一般由多个部段组成，为满足其气动要求，其外表面多为锥形结构，且局部存在锥角突变。防热层位于航天飞行器的外表面，形状与金属壳体外表面需一致。为实现锥角突变的要求，通常情况下采用成型为单锥角结构再加工为多锥角形状的方式，或采用成型为不同锥角的单锥角结构再对接的方式，或利用阴阳组合模具进行模压成型的方式。在以上方案中，加工方案会造成原材料的浪费；对接方案会增加生产工序，延长生产周期；模压方案中模具成本高，锥角突变处易缺料，且不适用于薄壁结构。本发明针对整体成型变锥度薄壁防热层的要求，采用改变缠绕角、保持布层平行的布带倾斜缠绕成型方式制备变锥度防热层。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种变锥度防热层的缠绕成型方法，该方法针对薄壁防热层的圆滑变锥度要求，在不同锥度段采用不同宽度和缠绕角度的预浸布带进行倾斜缠绕一次成型工艺，制备整体变锥度防热层。

本发明的技术解决方案是：

一种变锥度防热层的缠绕成型方法，该方法的步骤包括：

(1)制备变锥度防热层的成型阳模；

所述的成型阳模拐角处的外径计算方式为：

成型阳模拐角处的外径＝变锥度防热层小端内径最大值+变锥度防热层小端锥段长度最大值×变锥度防热层小端锥段角度中值的正切值×2；

成型阳模的角度为变锥度防热层每锥段角度的设计中值；

(2)采用倾斜缠绕方法在步骤(1)制备的成型阳模表面进行布带缠绕，得到变锥度防热层的毛坯件；

设定变锥度防热层包括两个锥度，外径小的一端称为小端，且小端锥角为α，小端缠绕厚度为δ₁；外径大的一端称为大端，且大端锥角为β，大端缠绕厚度为δ₂。

进行布带缠绕时，涉及布宽L和缠绕角θ两个参数的确定，小端布宽为L₁，小端缠绕角为θ₁，大端布宽为L₂，大端缠绕角为θ₂。布宽需满足：L₁＝δ₁/sinθ₁，L₂＝δ₂/sinθ₂；为实现布层平行，缠绕角需满足：α+θ₁＝β+θ₂，且θ₁和θ₂均不宜过大，并根据防热层使用要求进行限定，比如防热层要求具有优异的抗气流冲刷性能时，θ₁和θ₂宜在10°-30°范围内，防热层要求具有优异的力学性能时，θ₁和θ₂宜在5°-20°范围内。