[发明专利]弧面格栅结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种弧面格栅结构及其制备方法，通过采用叶片插入舵骨、舵框上凹槽的接头形式，采用立向上焊接工位，先焊接焊缝一半长度，再整体翻转后焊接另一半长度的工艺措施，有效解决焊缝贯穿舵面带来的施工难题，并大幅简化操作过程，提高格栅舵面的制造质量和效率。

技术领域

本发明涉及制造特定金属物品领域，具体地，涉及一种弧面格栅结构及其制备方法。

背景技术

美国Space X的猎鹰火箭成功回收表明，重复利用火箭运载系统是可行的，在回收过程中，需要用到格栅舵面。前期Space X采用的是铝合金+涂层的舵面，后期为了从更高高度回收火箭的可行性与可靠性，更换成了钛合金格栅结构，该方案虽然比铝制结构更重，但不需要涂层，飞行可控性更好，而且可以无需维护直接重复使用，目前采用铸造加工方式。分析表明，纯钛熔点高达1678℃，铸件格栅结构的壁厚建议不低于8mm，钛合金在机加工性方面也属于难加工材料，格栅结构也限制了机加工工艺的实现，因此，总体制造成本高昂，“格栅舵面可能是猎鹰9火箭身上最昂贵的单个部件”。

国内此前尚未有重复利用火箭运载系统的针对性研究，其他行业应用的格栅结构，也主要采用超塑成形和扩散连接技术来制造，中国专利ZL201110203313.3(公开号CN102248383B，公开日2013.4.10)、ZL201410332012.4(公开号CN104174751B，公开日2016.8.24)和ZL201610740254.6(公开号CN106363375B，公开日2018.7.13)等均提出了针对性的解决方案，可以利用钛合金薄板制造出相对规则形式的封闭腔，最后可以质量较好的钛合金格栅结构。但超塑成形和扩散连接技术方案也存在一些固有的问题：一是技术本身不可避免的如材料利用率低，超速成形带来的尺寸减薄，扩散连接的不完全焊合，以及900℃以上的热循环对材料的损伤等；二是技术过程复杂，门槛较高，对于叶片厚度规格不一致、叶片和边框的夹角不统一，以及幅面尺寸较大的格栅结构，其适应性和经济型受到显著影响。

钛合金焊接结构件通常可以让设计更加轻量化，钛合金激光焊接性良好，接头性能通常可以达到母材强度。中国专利CN107717224A(公开日2018.2.23)公开了一种钛合金空心轻量化翼面的加工方法，针对平面结构的大尺寸钛合金蒙皮骨架封闭结构，提出了激光焊接方法，内部芯格类似于格栅结构，但该方案的相邻筋板(相当于格栅叶片)的连接是通过分别与连接筋的激光焊接来间接连接，边框也配合采用整体边框和分体边框组合而成，工艺过程复杂且焊接变形大，需要整体热校形，成本较高。

针对可重复使用运载火箭对舵面的需求，国内参考了Space X的早期的铝合金格栅结构，以常规格栅为基本样式，在平面单框格栅的基础上，增加了钛合金舵骨结构，舵骨贯穿整个格栅。舵面整体上下轮廓表面为圆柱形。其中，舵骨结构厚度比舵框更厚，其厚度采用梯度结构设计，提出了一种弧面钛合金格栅结构舵面。舵面整体上下圆柱形轮廓表面所在的圆筒面与运载贮箱外表面同轴。

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弧面格栅结构及其制备方法。

根据本发明提供的一种弧面格栅结构，包括舵骨、舵框以及叶片；所述舵骨和叶片设置在舵框内部；所述舵骨与舵框相连；

-叶片与舵骨相连；和/或

-叶片与舵框相连。

优选地：

-所述舵骨与叶片相连处设置有合适尺寸的凹槽；和/或

-所述舵框与叶片相连处设置有合适尺寸的凹槽；

其中，所述合适尺寸，是指能够与叶片的端部配合的凹槽尺寸。

根据本发明提供的一种弧面格栅结构的制备方法，包括如下步骤：