[发明专利]一种火箭用轻质夹芯结构长排罩的制备方法

说明书

一种火箭用轻质夹芯结构长排罩的制备方法，通过选用适合火箭温度载荷要求的预浸料和泡沫，采用泡沫夹芯结构，利用铺层工艺、固化工艺实现长排罩的制备。本发明能够实现长排罩在满足使用条件的同时，较复合材料方案减重≥20％。

技术领域

本发明是采用复合材料和泡沫芯材制作夹芯复合材料长排罩，是属于非金属材料领域。

背景技术

火箭在发射后的飞行阶段，安装在助推、芯一级、芯二级段壳体表面的电缆、导管及连接装置为了保证能在高温高压环境下维护系统信号的传输、燃料的供给及各系统正常运行，需要在以上线/管路外侧安装一套保护装置—即长排罩。它为火箭壳体外侧的电缆、导管等系统的正常运行提供了保障。长排罩通常由铝材质、玻璃钢或碳玻混杂复合材料制作。

近年来，泡沫夹层复合材料结构在运载火箭、航空、风力发电机叶片、体育运动器材、医用设备配件、船舶制造、列车机车等领域大量应用，尤其在美日等发达国家，广泛应用于高技术领域，主要有：美国的Delta运载火箭的整流罩，日本三菱的HII-A运载火箭的整流罩，日本新干线的火车头，通用、西门子等公司的医疗床板、Vestas的风力发电机叶片等。我国使用泡沫夹层复合材料在高端领域应用较晚，并且在航空航天应用的泡沫芯材大部分依赖进口，国内虽然在研制，但整体性能与国外同类产品仍存在一定差距。除了在航空航天等高端领域，在其它民用领域如高速列车机头、大型风力发电机叶片等，国外也应用较早，并大量使用。而国内相关领域，应用较晚，并且大部分项目为国外转包或仿造，因此所用的材料也大部分为国外材料，尤其是芯材主要为进口。目前，国内泡沫芯材复合材料结构主要应用在房屋隔板、冷藏车隔板等，起隔热保温作用；应用的泡沫芯材以聚氨酯(PU)泡沫为主。虽然我国泡沫夹层复合材料应用及研究与国外相比存在较大差距，但近年来，国内航空航天领域，如直升机桨叶、火箭整流罩、导弹易碎盖、发射筒筒盖、风洞用叶片也已应用该结构，发展迅速。

目前国内、外火箭用长排罩选用铝板冲压工艺较多。随着火箭推力载荷的提升，近年来也有采用碳玻混杂纤维树脂基复合材料制作长排罩替代原来的金属铝方案，其较后者可实现减重20～30％，成型效率也有相应的提升，例如我国新一代的CZ-7运载火箭的长排罩即采用了复合材料方案。CZ-5火箭为进一步挖掘其运载能力，对碳玻混杂纤维复合材料长排罩提出了减重需求，目标是在复合材料方案上降低20％以上。

发明内容

本发明的技术解决问题是：探索一种火箭用轻质夹芯结构长排罩的制备方法，实现长排罩在满足使用条件的同时，较复合材料方案减重≥20％。

本发明的技术解决方案是：一种火箭用轻质夹芯结构长排罩的制备方法，其特征在于：通过选用适合火箭温度载荷要求的预浸料和泡沫，采用泡沫夹芯结构，利用铺层工艺、固化工艺实现长排罩的制备。

优选的，所述铺层工艺中使用的模具的两个侧边与底边垂直基础上向外偏离一个修正角度，利用该修正角度补偿固化工艺后长排罩开口处的收缩量。

优选的，所述的修正角度1.2°-1.8°，针对180℃固化的树脂基复合材料长排罩修正角度优选为1.5°。

优选的，所述的模具采用蒙皮带筋框架结构，模具材质为金属或者复合材料；金属模具的贴膜面的表面粗糙度小于1.6，复合材料模具的贴膜面表面粗糙度小于0.8。

优选的，所述的预浸料包括树脂和增强体；所述树脂的玻璃化转变温度≥180℃，泡沫在温度为180℃时，压力为0.3～0.6MPa下热蠕变性≤1.5％。

优选的，所述铺层工艺中的蒙皮铺层采用碳布预浸料与玻璃布预浸料混杂铺层，或采用碳布预浸料与单向玻璃纤维预浸料混杂铺层，或采用单向碳纤维预浸料铺层；产品边缘位置补强采用玻璃布预浸料或单向碳纤维预浸料准各向同性铺层。

优选的，所述的铺层工艺通过下述方式实现：