一种火箭发动机封头补强方法及火箭封头结构与流程

1.本发明涉及航空火箭制造技术领域，尤其涉及一种火箭发动机封头补强方法及火箭封头结构。


背景技术：

2.固体火箭发动机壳体基本上是由碳纤维/环氧树脂复合材料缠绕成型，固体发动机封头是发动机壳体的重要组成部分，在发动机工作时，发动机壳体就会存在拉伸、弯曲及剪切等应力，使得发动机封头易出现局部开裂，并且在发动机壳体水压爆破试验中发现破坏形式主要为壳体封头处纤维断裂严重，壳体封头处为强度薄弱区，现在多采取补强方法弥补封头强度不足。
3.现有的补强方法主要采用缠绕补强方式，将碳纤维纵向循环缠绕固定于发动机封头上，再把发动机封头筒体段缠绕的碳纤维剪掉，剩余两端封头部的碳纤维即为补强层。但是该种方法需要把发动机封头筒体段的碳纤维剪掉，故材料浪费较大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种火箭发动机封头补强方法及火箭封头结构，能够对发动机封头进行补强，减少材料浪费。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明提供了一种火箭发动机封头补强方法，包括如下步骤：
7.s1、对补强区域进行分析计算，得到补强区域图形；
8.s2、将补强区域图形转化为补强平面图；
9.s3、根据补强平面图对补强材料进行裁剪，得到预设形状的补强层；
10.s4、将裁剪得到的补强层铺设并固定于封头上的补强区域。
11.作为一种火箭发动机封头补强方法的优选的技术方案，所述对补强区域进行分析计算包括利用三维图形处理软件参照封头的三维模型对补强区域进行分析处理；所述将补强区域图形转化为补强平面图包括利用三维图形处理软件将补强区域图形转化为补强平面图。
12.作为一种火箭发动机封头补强方法的优选的技术方案，所述根据补强平面图对补强材料进行裁剪包括：将补强平面图输入裁剪机，裁剪机根据补强平面图对补强材料进行裁剪。
13.作为一种火箭发动机封头补强方法的优选的技术方案，步骤s3之前还包括：s20、根据封头材料选取相应的补强材料。
14.作为一种火箭发动机封头补强方法的优选的技术方案，补强材料为碳纤维编织布或预浸料。
15.作为一种火箭发动机封头补强方法的优选的技术方案，步骤s4之后还包括：s40、将铺设的补强层按压平整。
16.作为一种火箭发动机封头补强方法的优选的技术方案，步骤s40之后还包括：s41、对补强层余出部分和边缘进行修整。
17.作为一种火箭发动机封头补强方法的优选的技术方案，步骤s4之后包括：
18.s5、刷涂浸润剂至补强层，使补强层与封头上的补强区域贴合。
19.作为一种火箭发动机封头补强方法的优选的技术方案，浸润剂为环氧树脂。
20.本发明还提供了一种采用上述的火箭发动机封头补强方法进行补强的火箭封头结构，包括：封头本体，所述封头本体上设置有前封头和后封头；补强层，贴设于所述前封头和所述后封头上。
21.本发明的有益效果：
22.1、本发明的火箭发动机封头补强方法，包括如下步骤：对补强区域进行分析计算，得到补强区域图形；将补强区域图形转化为补强平面图；根据补强平面图对补强材料进行裁剪，得到预设形状的补强层；将裁剪得到的补强层铺设并固定于封头上的补强区域。本发明先将得到的补强区域图形转化为补强平面图，再根据补强平面图裁剪补强材料得到补强层对补强区域进行补强，使补强材料按需使用，减少材料浪费。
23.2、本发明的火箭发动机封头补强方法，步骤s4之后包括：刷涂浸润剂至补强层，使补强层与封头上的补强区域贴合，以增强补强层与补强区域的贴合度，提升补强质量。
24.3、本发明的火箭发动机封头补强方法，步骤s4之后还包括：s40、将铺设的补强层按压平整，以使补强层平整，提高质量。
25.3、本发明的火箭发动机封头补强方法，步骤s40之后还包括：s41、对补强层余出部分和边缘进行修整，以减少边缘毛边，提升质量及美观性。
26.4、本发明的火箭封头结构，采用上述火箭发动机封头补强方法进行补强，该火箭封头结构包括封头本体和补强层，封头本体上设置有前封头和后封头，补强层贴设于前封头和后封头上，以对前封头和后封头进行补强，减少材料浪费，增强补强层与封头补强区域的贴合度，提升补强质量。
附图说明
27.图1是本发明实施例提供的火箭发动机封头补强方法的主要步骤流程图；
28.图2是本发明实施例提供的火箭发动机封头补强方法的详细步骤流程图；
29.图3是本发明实施例提供的火箭封头结构无补强层的结构示意图；
30.图4是本发明实施例提供的火箭封头结构增加补强层后的结构示意图。
31.图中：
32.1、封头本体；11、前封头；111、补强区域；12、后封头；2、补强层。
具体实施方式
33.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应
做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
37.本发明实施例公开了一种火箭发动机封头补强方法，如图1-图4所示，该火箭发动机封头补强方法包括如下步骤：
38.s1、对补强区域进行分析计算，得到补强区域图形；
39.s2、将补强区域图形转化为补强平面图；
40.s3、根据补强平面图对补强材料进行裁剪，得到预设形状的补强层；
41.s4、将裁剪得到的补强层2铺设并固定于封头上的补强区域111。
42.本发明根据补强区域形状裁剪补强材料，得到裁剪后的补强层2对补强区域111补强，使材料按需使用，减少材料浪费。
43.下面，结合说明书附图，对该方法的各步骤进行详细介绍。图2是该火箭发动机封头补强方法的详细步骤流程图。
44.s1、对补强区域进行分析计算，得到补强区域图形。
45.本实施例中，补强对象为固体火箭发动机封头，在生产制造固体火箭发动机封头的过程中，通过实验分析得出封头哪些区域为受力薄弱点，以此划定为补强区域尺寸及形状，得到补强区域图形，以全面覆盖补强区域、针对性好。本实施例中，封头包括封头本体1，封头本体1的两端分别设有前封头11和后封头12，补强区域111位于前封头11和/或后封头12上。
46.s2、将补强区域图形转化为补强平面图；
47.由于封头型面多为弧形面，故进一步将该补强区域图形平面化处理，使弧形面的补强区域图形转化为平整的补强平面图。
48.具体地，利用三维图形处理软件，参照封头的三维模型对补强区域进行分析处理，标定出补强区域图形，再利用三维图形处理软件将补强区域图形转化为补强平面图，最终将得到的补强平面图输出。示例性地，三维图形处理软件可以是cae软件。
49.因此，本实施例通过三维图形处理软件来分析计算封头上的补强区域，操作简单、方便，也降低了对操作者的要求，还可以实现局部补强，实用性强。
50.s2、根据补强平面图对补强材料进行裁剪，得到预设形状的补强层2。
51.经过裁剪补强材料得到与补强平面图形状尺寸相同的补强层2，以对补强区域111补强，使材料利用率高，减少不必要的浪费，可有效降低生产成本。具体地，将补强平面图输入裁剪机，裁剪机根据补强平面图对补强材料进行裁剪，以提高裁剪效率及精度，降低人工
裁剪误差。在本实施例中，通过利用三维图形处理软件将补强平面图自动输出至裁剪机，裁剪机自动根据补强平面图进行裁剪，效率较高，质量可靠性高，工艺稳定性较强，且对操作者的熟练程度要求不高。
52.在步骤s3之前还包括：s20、根据封头材料选取相应的补强材料。
53.由于固体火箭发动机封头是由碳纤维/环氧树脂复合材料缠绕成型，因此，补强材料与固体火箭发动机封头的材料选取一致，本实施例中，补强材料为碳纤维编织布或预浸料。碳纤维编织布的厚度和密度可根据需要选择，具体地，如果封头本身纤维层比较密实，则可选用面密度小、薄一点的碳纤维编织布，反之，如果封头本身纤维层比较薄、稀疏，则可选用面密度大、较厚的碳纤维编织布。预浸料为碳纤维编织布预浸料，即事先在碳纤维编织布表层刷涂一层粘结剂或将碳纤维编织布浸润在粘结剂中。本实施例中，根据需要，可以选取t300/t700/t800碳纤维平纹/斜纹编织布。
54.s4、将裁剪得到的补强层2铺设并固定于封头上的补强区域111。
55.在复合材料壳体缠绕时，利用人工或机械将裁剪成一定形状的碳纤维布或预浸料铺贴并固定于封头上的补强区域111，实现补强。
56.进一步地，在s4之后包括：s5、刷涂浸润剂至补强层2，使补强层2与封头上的补强区域111贴合。
57.在铺贴的碳纤维布表面或预浸料表面刷涂浸润剂，使其浸润充分，增强碳纤维布或预浸料与补强区域111的贴合性，提高补强质量。具体地，浸润剂可以是复合材料壳体制备用的环氧树脂。
58.作为本实施例的火箭发动机封头补强方法的优选的技术方案，在步骤s4之后还包括：s40、将铺设的补强层2按压平整。利用工具或手动对铺设的补强层2进行按压，以减小补强层2与补强区域111内型面的缝隙，提升贴合度。
59.进一步地，在步骤s40之后还包括：s41、对补强层2余出部分和边缘进行修整，以减少毛边，提高补强质量。具体地，使用裁剪刀对铺放多余区域的补强层2以及补强层2边缘的拉丝、毛边进行修整。
60.本实施例中，为使补强效果最优，先进行步骤s40的按压平整，再进行步骤s41的修整，最后进行步骤s5刷涂浸润剂。
61.需要说明的是，在其他实施例中，也可参照本实施例的补强方法对别的相关结构进行补强；补强材料的选择以补强对象的材料为依据，可出现适当的调整；三维图形处理软件以及浸润剂的选取，均在其他实施例中可以根据需要选择，并且，在其他实施例中，如果选用的材料为预浸料，也可以不用刷涂浸润剂。
62.如图3和图4所示，本实施例还公开了一种采用前文的火箭发动机封头补强方法进行补强的火箭封头结构，包括封头本体1和补强层2，其中，封头本体1上设置有前封头11和后封头12，补强层2贴设于前封头11和/或后封头12上，以对前封头11和/或后封头12进行补强，提高结构强度。
63.具体地，在前封头11和/或后封头12上标定出补强区域111，将补强层2贴设于补强区域111内，减少材料浪费。
64.综上所述，我们可以得出，本发明的优点在于：操作简单、方便，无需复杂设备工装，降低操作员的使用要求，效率高；可局部补强，使材料按需使用，减少材料浪费；同时增
强补强层与封头补强区域的贴合度，提升补强质量。
65.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。