多功能高强复合材料防热板的制作方法
【专利摘要】多功能高强复合材料防热板，由外筒段（1）和锥形内筒段（2）复合模压成型；锥形内筒段（2）的内表面与弹体纵轴成固定的角度，该内表面与弹体内发动机喷管（3）衔接，用于延伸喷管进行导流；外筒段（1）包括三部分，即前端平直段、中间锥形段和尾部平直段，尾部平直段的底面与锥形内筒段（2）的底面平齐，尾部平直段与弹体装配连接，中间锥形段包覆在锥形内筒段（2）的外部，前端平直段直接与发动机喷管接触；外筒段（1）采用高硅氧纤维与酚醛树脂的复合材料，锥形内筒段（2）采用碳纤维与酚醛树脂的复合材料。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型适用于承受高温燃气流冲刷和热辐射环境，并且具有承载能力高、耐 烧蚀、具有高抗振特性的防热结构。 多功能高强复合材料防热板
【背景技术】
[0002] 防热板是一般在壳体结构中担负防热功能、部段连接功能。前期防热板设计采用 碳纤维/酚醛树脂内嵌石墨防护垫圈结构。在冲击试验中，由于冲击环境过大，导致防热板 结构中的石墨热防护垫圈出现振动断裂，表明石墨热防护圈不能满足使用要求，亟需进行 结构改进设计。
[0003] 碳纤维/酚醛树脂具有优良的耐热性、耐寒性、尺寸稳定性、成型加工性、低烟雾 性，广泛用作耐温抗烧蚀和隔热抗烧蚀结构。为解决石墨防热护圈振裂问题，用碳/酚醛 材料代替石墨材料，并采取与碳纤维/酚醛树脂模压整体成型方式，具有成型快速，加工简 易，安装装配便利的特点，大大减少了产品的生产过程中的诸多环节，降低了技术保障要 求，经济效益明显。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种结构简单、环境适 应能力强的多功能高强复合材料防热板。
[0005] 本实用新型的技术解决方案是：多功能高强复合材料防热板，由外筒段和锥形内 筒段复合模压成型；锥形内筒段的内表面与弹体纵轴成固定的角度，该内表面与弹体内发 动机喷管衔接，用于延伸喷管进行导流；外筒段包括三部分，即前端平直段、中间锥形段和 尾部平直段，尾部平直段的底面与锥形内筒段的底面平齐，尾部平直段与弹体装配连接，中 间锥形段包覆在锥形内筒段的外部，前端平直段直接与发动机喷管接触；外筒段采用高硅 氧纤维与酚醛树脂的复合材料，锥形内筒段采用碳纤维与酚醛树脂的复合材料。
[0006] 本实用新型与现有技术相比有益效果为：
[0007] 搭载试验，测得防热板上部舱内空气温度和自身温度满足使用要求，实现了防热 板防热、隔热的功能需求；防热板外压试验数据充分表明防热板对称结构受外界气体压力 作用均匀，结构试验强度剩余系数仍大于1，实现了防热板的承载高冲刷的要求；振动试验 过程中防热板在碳纤维/酚醛树脂和高硅氧纤维/酚醛树脂模压处未出现缺陷，验证了碳 纤维/酚醛树脂代替石墨材料内嵌垫圈方案能够完全适应高振动的载荷环境。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1为本实用新型防热板结构剖面图；
[0009] 图2为防热板装配位置示意图。
【具体实施方式】
[0010] 防热板结构工作温度为高温状态，经受高热流和冲击综合环境，防热板结构位于 热流喷管附件，主要功能隔断热流喷管燃烧产生的热流，保护防热板上部各类型装置在正 常温度下运转。所以对结构的选材以及结构形式提出了非常高的要求。热板结构经过优化 设计后可分为外筒段1和锥形内筒段2两部分，见图1、2所示；锥形内筒段2的内表面与弹 体纵轴成固定的角度(例如18°，该角度与发动机喷管角度一致)，该内表面与弹体内发动 机喷管衔接，相当于延伸喷管，起导流作用。外筒段1包括三部分，即前端平直段、中间锥形 段和尾部平直段，尾部平直段的底面与锥形内筒段2的底面平齐，尾部平直段与弹体装配 连接，中间锥形段包覆在锥形内筒段2的外部，前端平直段直接与发动机喷管3接触。
[0011] 如图1所示，锥形内筒段2与发动机喷管3之间留有非常小的工程间隙，该间隙主 要是消除锥形内筒段2与发动机喷管3之间的装配干涉，同时避免对热气流场产生影响。
[0012] 锥形内筒段2起先采用石墨材料制作成防热护环，在尾段分离冲击试验时锥形内 筒段2出现的振裂问题，经过优化设计采用碳纤维-酚醛树脂复合材料替代石墨材料成型。 该段满足了发动机喷管工作热流强烈冲刷使和高烧蚀的使用要求。外筒段1采用高硅氧纤 维/酚醛树脂复合材料，使得该部分具有较高装配强度功能。整个防热板"采用碳纤维/酚 醛树脂以及高硅氧纤维/酚醛树脂复合模压而成型的玻璃钢，玻璃纤维增强酚醛树脂模压 防热材料即具有较高的强度足以承担相当的高温气流冲刷应力，同时又具有一定的防热烧 蚀能力，可以免去金属外表面进行热防护涂层处理，简化工艺、提高生产效率；而且具有密 度较低的特点，具有比金属更高的比强度、比模量，从而实现了运载器有效减轻结构重量的 目的。
[0013] 本实用新型未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
【权利要求】
1.多功能高强复合材料防热板，其特征在于：由外筒段（1)和锥形内筒段（2)复合模压 成型；锥形内筒段（2)的内表面与弹体纵轴成固定的角度，该内表面与弹体内发动机喷管 (3)衔接，用于延伸喷管进行导流；外筒段（1)包括三部分，即前端平直段、中间锥形段和尾 部平直段，尾部平直段的底面与锥形内筒段（2)的底面平齐，尾部平直段与弹体装配连接， 中间锥形段包覆在锥形内筒段（2)的外部，前端平直段直接与发动机喷管接触；外筒段（1) 采用高硅氧纤维与酚醛树脂的复合材料，锥形内筒段（2)采用碳纤维与酚醛树脂的复合材 料。
【文档编号】F16L59/02GK203868603SQ201420261716
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】李泽琛, 王端志, 闫伟, 王会平 申请人:北京宇航系统工程研究所, 中国运载火箭技术研究院