[发明专利]复合材料结构的空气舵

说明书

本发明提供了一种复合材料结构的空气舵，包括舵面(1)、舵轴(2)，所述舵面(1)与舵轴(2)通过紧固件(3)连接；其中，所述舵面(1)包括前缘(4)、舵芯、防热套(8)，所述舵芯包括过渡结构、主体结构(7)，所述过渡结构包括过渡条(5)、中间体(6)；前缘(4)、过渡条(5)、中间体(6)、主体结构(7)依次连接，舵面(1)通过主体结构(7)连接舵轴(2)，其中，中间体(6)、主体结构(7)外部包覆防热套(8)，前缘(4)、过渡条(5)、防热套(8)共同组成空气舵的气动外形。本发明结构合理、采用了多种低密度复合材料，保证了高速大热流飞行条件下空气舵的结构完整性和可靠性。

技术领域

本发明涉及航空航天领域，具体地涉及复合材料结构的空气舵，尤其是高超声速导弹、火箭等飞行器的空气舵技术。

背景技术

空气舵是导弹、火箭等飞行器的重要组成部分，空气舵位于飞行器外部，通过改变空气气流来产生侧向控制力，从而改变飞行器飞行姿态，对导弹、火箭可控飞行控制及其稳定性、精度影响较大。随着飞行器飞行速度的快速提高，面临越来越严重的气动加热，空气舵结构温度快速升高会带来结构强度、刚度下降，并可能引发飞行器热颤振；为此，要求空气舵具有足够的耐高温能力、耐烧蚀性能、热强度和刚度，并具有一定的抗热颤振能力。高速飞行器的空气舵一般由前缘、舵芯、防热套和舵轴等组成，其中前缘和防热套用于空气舵气动防热，保护作为承载结构的舵芯和传递驱动扭矩的舵轴，一般将前缘、舵芯和防热套的组合结构称为舵面。目前，高速导弹、火箭空气舵主要采用钛合金为舵芯，外包覆耐烧蚀复合材料防热套，前缘等高温区为高温合金的结构；但此类空气舵存在着质量较大、质心控制困难、较易发生热颤振以及不同材料界面在高温下分离等问题，在较严酷飞行环境下使用会受到限制。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种复合材料结构的空气舵，尤其是一种复合材料轻质结构的高速飞行器空气舵。

根据本发明提供的一种复合材料结构的空气舵，包括舵面、舵轴，所述舵面与舵轴紧固连接；其中，所述舵面包括前缘、舵芯、防热套，所述舵芯包括过渡结构、主体结构，所述过渡结构包括过渡条、中间体；前缘、过渡条、中间体、主体结构依次连接，舵面通过主体结构连接舵轴，其中中间体、主体结构外部包覆防热套；前缘、过渡条、防热套共同组成空气舵的气动外形。

优选地，所述前缘采用碳纤维增强碳基或陶瓷基复合材料制成，外表面设有耐高温氧化涂层。

优选地，所述过渡条采用铌合金制成，外表面设有抗热氧化涂层。

优选地，所述中间体采用钛合金制成；过渡条、中间体采用热喷涂或焊接连接形成过渡结构。

优选地，所述主体结构采用碳纤维或碳化硅增强铝基复合材料材料板状结构制成，外表面设有氧化锆陶瓷隔热涂层。

优选地，所述防热套采用纤维增强酚醛树脂基复合材料，并且树脂基体中添加陶瓷空心微珠低密度无机材料。

优选地，所述舵轴采用耐热钢或钛合金，外表设有氧化锆陶瓷隔热涂层。

优选地，所述前缘与过渡条之间采用活性钎料高温钎焊连接。

优选地，所述中间体与主体结构之间采用低温钎焊或扩散焊焊接连接。

优选地，所述防热套与主体结构之间设有高温橡胶界面层。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用多种低密度复合材料，同尺寸、同体积结构质量低于现有空气舵的0.6倍，大幅减小结构质量。

2、本发明采用多种低密度复合材料，使空气舵具有高的比刚度，在高速飞行条件下颤振概率接近于零。

3、本发明舵面前部采用铌合金、钛合金等较高密度的过渡结构，使轻质空气舵质心偏前且可控。