CN112747636B - 一种防撞环加强结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防撞环加强结构及其制备方法，包括防撞环内壁面上的多组加强环，加强环包括多个加强筋，加强筋之间留有间隙，加强筋截面为T字型，加强筋宽面贴设于防撞环内壁面，相邻两加强筋之间设有连接组件，连接组件包括对称设于加强筋窄面两侧的连接板，连接板两端设有腰形孔，加强筋上设有通孔，螺栓与腰形孔和通孔配合将相邻两加强筋通过连接板连接，对称的两连接板设有相互靠近的拱起部。本发明采用防撞环内设置多组加强环提高防撞环的结构强度，加强筋与连接板分体设置，确保加强筋热胀冷缩时始终与防撞环内壁面贴合，防撞环受外力撞击时，相向设置的连接板拱起部相互靠近并紧贴在一起，通过拱起结构分散压力，提高加强环的结构强度。

Description

一种防撞环加强结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及火箭防撞环技术领域，特别是涉及一种防撞环加强结构及其制备方法。

背景技术

火箭发动机防撞环对强度和刚度要求高，同时要求质量轻，防撞环的结构空间因满足气动外形要求，限制较严，为了满足防撞环的强度和刚度要求高，通常在防撞环内壁面设置多个环形金属加强筋，来增加防撞环的结构强度。

然而金属加强筋重量大，容易造成发动机不稳定，同时金属加强筋热膨胀系数大，容易造成结构不稳定，影响火箭发动机的正常运行。因此，本领域技术人员急需研究出一种重量轻、热膨胀系数低、且结构强度刚度大的防撞环加强结构，来保证火箭发动机的稳定运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中火箭防撞环内采用环形金属加强筋，重量大，加强筋热胀冷缩时易造成结构不稳定的不足，本发明提供一种防撞环加强结构及其制备方法。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种防撞环加强结构，包括设于防撞环内壁面上的多组加强环，多组所述加强环沿防撞环长度方向间隔设置，所述加强环包括多个沿防撞环内壁面周向均匀设置的加强筋，所述加强筋之间留有间隙，所述加强筋截面为T字型，所述加强筋宽面贴设于防撞环内壁面，相邻两所述加强筋之间设有连接组件，所述连接组件包括对称设于加强筋窄面两侧的连接板，所述连接板两端设有腰形孔，所述加强筋上设有与所述腰形孔配合的通孔，螺栓与所述腰形孔和通孔配合将相邻两加强筋通过连接板连接，对称设置的两所述连接板中间段设有相互靠近的拱起部。

防撞环内设置多个加强环用于增强防撞环的结构强度，加强环由多个加强筋以及加强筋之间的连接板组成，连接板与加强筋之间通过螺栓穿过通孔和腰形孔用于加强筋热胀冷缩时，加强筋两端的螺栓可以在连接板的腰形孔内移动，确保加强筋一直紧贴防撞环内壁，与采用一体化的环形加强筋相比，可以防止加强筋与防撞环材质不同导致的热胀冷缩系数不同，导致加强筋崩坏或与防撞环之间产生间隙；防撞环骤然受外力碰撞时，加强筋两端的螺栓与连接板上的腰形孔卡死，两连接板上的拱起部受挤压相互贴紧，拱起部起分散压力的作用，提高加强环的抗变形能力；如果外力过大导致连接板崩溃变形的，后续维修时只需更换连接板即可，节约成本。

进一步，两所述拱起部之间的最小间隙不大于1.5mm。

进一步，为了将加强筋安装在防撞环内壁面上，所述加强筋与防撞环内壁面胶接连接。加强筋与防撞环内壁面涂乐泰E-120HP胶粘接。

进一步，所述加强筋中间位置处的宽面上设有第一连接孔，所述防撞环侧壁上设有与所述第一连接孔配合的第二连接孔，所述第一连接孔和第二连接孔内穿设有螺钉，通过螺母与螺钉配合将加强筋固定在防撞环上。

加强筋与防撞环内壁面涂乐泰E-120HP胶粘接后，胶水不会立即凝固粘住加强筋，通过螺钉穿过第一连接孔和第二连接孔与螺母配合，将加强筋位置固定，防止在胶水凝固过程中，加强筋位置产生偏移，第一连接孔设置的加强筋的中间位置，即螺钉固定加强筋的中间位置，不会影响加强筋热胀冷缩时的细微伸缩能力。

本发明还提供一种防撞环加强结构的制备方法，

步骤一：加强筋的制备，加强筋预浸料采用T300/XY7521碳纤维平纹布预浸料，单层厚度0.2mm，先铺设两个L型件，共铺8层厚度1.6mm，L型件长度视具体情况而定，L型件弧度与防撞环内壁面弧度相同，两个L型件铺层完毕后L形的长边背靠背贴紧，在两个L型件L形短边上再铺一字型件，共铺8层厚度1.6mm，一字型件长度与L型件长度一致，一字型件宽度等于两个L型件短边宽度之和，一字型件弧度与防撞环内壁面弧度相同，然后对一字型件和两个L型件热固化，固化方式为热压罐固化，加强筋固化参数：真空不小于0.085MPa，以不高于2.0℃/min的升温速率升温到95℃，加压0.3MPa，保温180min(125-130℃)；最后以不大于2℃/min的速度，降温到60℃以下出炉；

步骤二：在连接板两端加工腰形孔，在加强筋两端加工与腰形孔配合的通孔；

步骤三：加强环的装配，加强筋与防撞环内壁面涂乐泰E-120HP胶粘接，加强筋之间留有间隙，可通过试装打磨保证，两加强筋之间装配两连接板，两连接板相对设置在加强筋窄面两侧，连接板上的拱起部相向设置，通过螺栓穿过通孔和腰形孔将连接板位置固定。

碳纤维复合材料可设计性强，它的力学、机械、热、防腐、抗老化等物理化学性能都能替代金属加强筋发挥的作用，并且与复合材料防撞环材料一致，满足材料、结构统一性，在加工过程中材料组分件不会发生化学反应。碳纤维复合材料拉伸强度高，模量大，密度小，具有较高的比强度和很高的比模量；与传统金属材料相比，碳纤维复合材料质量轻，强度高，韧度高，对整个火箭发动机减重具有明显效果，可有效提高火箭射程；碳纤维复合材料的耐高低温性能好，导热系数较高，随着温度升高，碳纤维复合材料有收缩的趋势，尺寸温度好，耐疲劳性好；碳纤维耐腐蚀，抗老化，使用寿命长，碳纤维能耐酸，碱，盐，部分有机溶剂及其他腐蚀性侵蚀，在防腐蚀领域有其他金属无法比拟的优越性，且有较好的耐水性和抗老化性，使用寿命长。复合材料防撞环加强筋可提高防撞环的整体刚度，相对金属加强筋有减轻重量的效果，可提高整个火箭发动机的稳定性。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种防撞环加强结构及其制备方法，采用防撞环内设置多组加强环提高防撞环的结构强度，加强筋与连接板分体设置，确保加强筋热胀冷缩时始终与防撞环内壁面贴合，防撞环受外力撞击时，相向设置的连接板拱起部相互靠近并紧贴在一起，通过拱起结构分散压力，提高加强环的结构强度，而且一般撞击后，只需更换连接板即可，节约成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明最佳实施例的截面示意图；

图2是本发明最佳实施例的侧视图；

图3是图2中A的放大示意图；

图4是螺母与螺钉配合将加强筋固定在防撞环上的结构示意图；

图5是加强筋的制备示意图。

图中：1、防撞环，2、加强筋，2-1、L型件，2-2、一字型件，3、连接板，3-1、腰形孔，3-2、拱起部，4、螺栓，5、螺钉，6、螺母。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-5所示，本发明的一种防撞环加强结构，包括设于防撞环1内壁面上的三组加强环，防撞环1外径为φ1900mm，产品结构为蜂窝夹层结构，厚度为5mm，三组所述加强环沿防撞环1长度方向间隔设置，所述加强环包括三个沿防撞环1内壁面周向均匀设置的加强筋2，每段加强筋2理论弧长约为1980mm，所述加强筋2之间留有间隙，所述加强筋2截面为T字型，所述加强筋2宽面贴设于防撞环1内壁面，相邻两所述加强筋2之间设有连接组件，所述连接组件包括对称设于加强筋2窄面两侧的连接板3，所述连接板3两端设有腰形孔3-1，所述加强筋2上设有与所述腰形孔3-1配合的通孔，螺栓4与所述腰形孔3-1和通孔配合将相邻两加强筋2通过连接板3连接，对称设置的两所述连接板3中间段设有相互靠近的拱起部3-2。

两所述拱起部3-2之间的最小间隙不大于1.5mm。

所述加强筋2与防撞环1内壁面胶接连接。

所述加强筋2中间位置处的宽面上设有第一连接孔，所述防撞环1侧壁上设有与所述第一连接孔配合的第二连接孔，所述第一连接孔和第二连接孔内穿设有螺钉5，通过螺母6与螺钉5配合将加强筋2固定在防撞环1上。

防撞环加强结构的制备方法：

步骤一：加强筋2的制备，加强筋2预浸料采用T300/XY7521碳纤维平纹布预浸料，单层厚度0.2mm，先铺设两个L型件2-1，长边28.4mm，短边16mm，共铺8层厚度1.6mm，L型件2-1长度视具体情况而定，L型件2-1弧度与防撞环1内壁面弧度相同，两个L型件2-1铺层完毕后L形的长边背靠背贴紧，在两个L型件2-1L形短边上再铺一字型件2-2，宽度32mm，共铺8层厚度1.6mm，一字型件2-2长度与L型件2-1长度一致，一字型件2-2宽度等于两个L型件2-1短边宽度之和，一字型件2-2弧度与防撞环1内壁面弧度相同，然后对一字型件2-2和两个L型件2-1热固化，固化方式为热压罐固化，加强筋2固化参数：真空不小于0.085MPa，以不高于2.0℃/min的升温速率升温到95℃，加压0.3MPa，保温180min(125-130℃)；最后以不大于2℃/min的速度，降温到60℃以下出炉；

步骤二：在连接板3两端加工腰形孔3-1，在加强筋2两端加工与腰形孔3-1配合的通孔；

步骤三：加强环的装配，加强筋2与防撞环1内壁面涂乐泰E-120HP胶粘接，加强筋2之间留有间隙，可通过试装打磨保证，两加强筋2之间装配两连接板3，两连接板3相对设置在加强筋2窄面两侧，连接板3上的拱起部3-2相向设置，通过螺栓4穿过通孔和腰形孔3-1将连接板3位置固定。

T300/XY7521碳纤维平纹布预浸料层合板力学性能见下表1；

表1预浸料层合板力学性能数据

项目	单位	测试平均值
			0°拉伸强度	MPa	689
90°拉伸强度	MPa	665
			0°压缩强度	MPa	583
90°压缩强度	MPa	576
			层间剪切强度	MPa	65
0°弯曲强度	MPa	712
			拉伸模量	GPa	59.7
弯曲模量	GPa	58.2

本发明中方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种防撞环加强结构的制备方法，其特征在于：包括设于防撞环(1)内壁面上的多组加强环，多组所述加强环沿防撞环(1)长度方向间隔设置，所述加强环包括多个沿防撞环(1)内壁面周向均匀设置的加强筋(2)，所述加强筋(2)之间留有间隙，所述加强筋(2)截面为T字型，所述加强筋(2)宽面贴设于防撞环(1)内壁面，相邻两所述加强筋(2)之间设有连接组件，所述连接组件包括对称设于加强筋(2)窄面两侧的连接板(3)，所述连接板(3)两端设有腰形孔(3-1)，所述加强筋(2)上设有与所述腰形孔(3-1)配合的通孔，螺栓(4)与所述腰形孔(3-1)和通孔配合将相邻两加强筋(2)通过连接板(3)连接，对称设置的两所述连接板(3)中间段设有相互靠近的拱起部(3-2)；

步骤一：加强筋(2)的制备，加强筋(2)预浸料采用T300/XY7521碳纤维平纹布预浸料，单层厚度0.2mm，先铺设两个L型件(2-1)，共铺8层厚度1.6mm，L型件(2-1)长度视具体情况而定，L型件(2-1)弧度与防撞环(1)内壁面弧度相同，两个L型件(2-1)铺层完毕后L形的长边背靠背贴紧，在两个L型件(2-1)L形短边上再铺一字型件(2-2)，共铺8层厚度1.6mm，一字型件(2-2)长度与L型件(2-1)长度一致，一字型件(2-2)宽度等于两个L型件(2-1)短边宽度之和，一字型件(2-2)弧度与防撞环(1)内壁面弧度相同，然后对一字型件(2-2)和两个L型件(2-1)热固化，固化方式为热压罐固化，加强筋(2)固化参数：真空不小于0.085MPa，以不高于2.0℃/min的升温速率升温到95℃，加压0.3MPa，保温180min；最后以不大于2℃/min的速度，降温到60℃以下出炉；

步骤二：在连接板(3)两端加工腰形孔(3-1)，在加强筋(2)两端加工与腰形孔(3-1)配合的通孔；

步骤三：加强环的装配，加强筋(2)与防撞环(1)内壁面涂乐泰E-120HP胶粘接，加强筋(2)之间留有间隙，可通过试装打磨保证，两加强筋(2)之间装配两连接板(3)，两连接板(3)相对设置在加强筋(2)窄面两侧，连接板(3)上的拱起部(3-2)相向设置，通过螺栓(4)穿过通孔和腰形孔(3-1)将连接板(3)位置固定。

2.如权利要求1所述的一种防撞环加强结构的制备方法，其特征在于：两所述拱起部(3-2)之间的最小间隙不大于1.5mm。

3.如权利要求1或2所述的一种防撞环加强结构的制备方法，其特征在于：所述加强筋(2)与防撞环(1)内壁面胶接连接。

4.如权利要求1所述的一种防撞环加强结构的制备方法，其特征在于：所述加强筋(2)中间位置处的宽面上设有第一连接孔，所述防撞环(1)侧壁上设有与所述第一连接孔配合的第二连接孔，所述第一连接孔和第二连接孔内穿设有螺钉(5)，通过螺母(6)与螺钉(5)配合将加强筋(2)固定在防撞环(1)上。

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