具有防扭的球窝喷管的制作方法

1.本发明属于可动喷管技术领域，具体涉及一种具有防扭的球窝喷管。


背景技术：

2.固体火箭发动机喷管按推力矢量控制要求分为固定喷管和可动喷管，其中可动喷管主要包括转动喷管、球窝喷管、珠承喷管和柔性摆动喷管。可动喷管工作原理是通过伺服作动器作用，调整喷管扩张段与发动机轴线的夹角，使高温、高压、高速燃气按预设角度从扩张段开口端喷射出来，在反作用下发动机获得预设角度的推力。并且通过预设角度的控制，实现发动机俯仰、偏航和滚转等方向上的姿轨控制，从而精准命中目标。
3.可全轴摆动的球窝喷管、珠承喷管和柔性摆动喷管在工作过程中，需要避免喷管在沿轴线摆动的同时作微小角度的周向转动，发生扭转现象，导致喷管摆角精度下降，发动机不能高精准地按预设角度工作。并且扭转造成喷管工作时的扰动，会给运动副接触面造成一定程度上的损伤，影响喷管工作性能和使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种具有防扭的球窝喷管，增加球窝喷管在全轴摆动过程的抗扭能力。
5.为实现上述目的，本发明所设计的包括球窝喷管本体和防扭装置，防扭装置为回转体结构，且防扭装置的筒壁为波浪形结构；防扭装置套置在球窝喷管本体上，防扭装置的一端面固定在球窝喷管本体的活动体上、另一端面固定在球窝喷管本体的固定体上。
6.进一步地，所述防扭装置的材料为橡胶材料，成型过程如下：
7.将三元乙丙橡胶片进行裁剪成若干个长条形橡胶片，然后将长条形橡胶片依次放入模压工装的芯模上，在芯模的外型面上铺满长条形橡胶片，且每相邻两片长条形橡胶片搭接并在搭接处用胶粘剂粘接；合模后将模压工装放置加热炉中进行橡胶硫化。
8.进一步地，所述硫化的具体过程为：炉温从室温升温到75
±
5℃，控制升温速率2～3℃/min，保温10～20min；继续升温到110
±
5℃，控制升温速率1～2℃/min，保温30～60min；继续升温至145
±
5℃，控制升温速率0.5～1.5℃/min，保温100min～120min；保温结束后，停止加热，模压工装随炉自然冷却至70℃以下后取出模压工装，并拆卸模压工装取出防扭装置冷却至室温，并打磨防扭装置的内外型面。
9.进一步地，所述模压工装包括回转体外模、内置在回转体外模空腔中的回转体芯模、插入回转体芯模空腔内的限位销及盖板，回转体芯模的外型面与防扭装置的内轮廓面一致、回转体外模的内型面均与防扭装置的外轮廓面一致；回转体外模的顶端面上开有一圈溢胶槽，同时，回转体外模的顶端面上沿径向方向开有与外界连通的排胶槽。
10.进一步地，所述回转体外模采用对半分结构；所述回转体芯模为分块结构，包括若干块芯模单体。
11.进一步地，所述模压工装组装时，首先在每块芯模单体的对接面、每块芯模单体的
外型面、回转体外模的内型面均涂覆脱模剂；然后将所有芯模单体围绕限位销进行围合组装，并用限位板将回转体芯模进行固定；再将裁剪好的长条形橡胶片逐一铺放在芯模单体的各外型面上，每块长条形橡胶片首尾搭接处涂抹胶粘剂进行粘接固定，并用工具对搭接处进行轻微敲击，使搭接面平整；最后将回转体外模进行装配，并用螺栓、螺母进行紧固后，取下限位板，装配好盖板。
12.与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明具有防扭的球窝喷管，防扭装置的抗扭能力减小或避免了球窝摆动喷管沿轴线摆动时的周向偏转，以增加球窝喷管在全轴摆动过程的抗扭能力；同时，防扭装置在轴向上具有伸缩功能，不会产生较大力矩。
附图说明
13.图1为本发明具有防扭的球窝喷管部分剖视图；
14.图2为本发明模压工装立体图；
15.图3为图2的剖视图；
16.图4为图2中回转体外模俯视图。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
18.如图1所示一种具有防扭的球窝喷管，包括球窝喷管本体7和防扭装置10，防扭装置10为回转体结构，且防扭装置10的筒壁为波浪形结构；防扭装置10套置在球窝喷管本体7上，防扭装置10的一端面固定在球窝喷管本体7的活动体9上、另一端面固定在球窝喷管本体7的固定体8上。
19.本实施例中，防扭装置10的材料为橡胶材料，其成型过程如下：
20.将三元乙丙橡胶片进行裁剪成若干个长条形橡胶片，然后将长条形橡胶片依次放入模压工装的芯模上，在芯模的外型面上铺满长条形橡胶片，且每相邻两片长条形橡胶片搭接并在搭接处用胶粘剂粘接；合模后将模压工装放置加热炉中进行橡胶硫化，炉温从室温升温到75
±
5℃，控制升温速率2～3℃/min，保温10～20min；继续升温到110
±
5℃，控制升温速率1～2℃/min，保温30～60min；继续升温至145
±
5℃，控制升温速率0.5～1.5℃/min，保温100min～120min；保温结束后，停止加热，模压工装随炉自然冷却至70℃以下后取出模压工装，并拆卸模压工装取出防扭装置冷却至室温，并打磨防扭装置的内外型面。其中，胶粘剂为双组分730胶粘剂。
21.如图2、3所示，模压工装包括回转体外模1、内置在回转体外模1空腔中的回转体芯模2、插入回转体芯模2空腔内的限位销3及盖板4，回转体芯模2的外型面与防扭装置的内轮廓面一致、回转体外模1的内型面均与防扭装置的外轮廓面一致。回转体外模1的顶端面上开有一圈溢胶槽5，同时，回转体外模1的顶端面上沿径向方向开有与外界连通的排胶槽6，且排胶槽6与溢胶槽5相连通，用于将多余的胶排出，如图4所示。
22.为了方便脱模，回转体外模采用对半分结构，回转体芯模为分块结构，包括若干块芯模单体。组装模压工装时，首先在每块芯模单体的对接面、每块芯模单体的外型面、回转体外模的内型面均涂覆脱模剂；然后将所有芯模单体围绕限位销进行围合组装，并用限位板将回转体芯模进行初步固定；再将裁剪好的长条形橡胶片逐一铺放在芯模单体的各外型
面上，每块长条形橡胶片首尾搭接处涂抹双组份730胶粘剂进行粘接固定，并用工具对搭接处进行轻微敲击，使搭接面平整；最后将回转体外模进行装配，并用螺栓、螺母进行紧固后，取下限位板，装配好盖板。
23.本发明具有防扭的球窝喷管，防扭装置的抗扭能力减小或避免了球窝摆动喷管沿轴线摆动时的周向偏转，以增加球窝喷管在全轴摆动过程的抗扭能力；同时，防扭装置在轴向上具有伸缩功能，不会产生较大力矩。
24.将打磨好的防扭装置进行防扭性能测试，抗扭能力按照球窝喷管活动体绕轴线扭转1
°
所需的扭转力矩来定义抗扭装置的抗扭刚度，选择球窝喷管所需的抗扭刚度为mnk＝20n.m/
°
。
25.即有：
26.fs*ls＝mnk
27.其中fs为抗扭方向的力，ls为活动体a点的回转半径76mm，示意图如下所示，并可以求得：
28.fs＝mnk/ls
29.＝(20
×
1000)/76
30.＝263.2n。
31.将不同厚度(t＝2mm、t＝3mm、t＝4mm、t＝5mm)的防扭装置固定在测试工装上，测量出偏转1
°
时所需的力即为防扭力fs值为表1。
[0032][0033]
从表1可看出，厚度为3mm的防扭装置适合作为该状态下球窝喷管的防扭装置。