[发明专利]一种复合材料头部整流罩

说明书

本发明提供了一种复合材料头部整流罩，包括头帽、销钉和罩体，所述的头帽外形为曲线旋成体，前端为球头型，后端为薄壳结构，所述的罩体外形为圆锥体，罩体前端套接在头帽头帽后端内部，罩体后端套接在飞行器设备舱前端框伸出部分内部；罩体和头帽之间通过销钉固定。本发明成本低廉，适用于大批量生产，加工工艺性好，重量较轻，产品一致性能够得到保证，其结构能同时满足结构强度和热环境要求。这种复合材料头部整流罩通过合理的成型方式一次成型，能大大减少加工环节，提高劳动生产率，减轻结构重量，可以适用于不同结构形式的飞行器。

技术领域

本发明涉及材料学和机械学领域，尤其是一种头部整流罩。

背景技术

高超声速飞行器的端头部主要由头部整流罩(或头锥)、舱体和导引头等装置组成。头部整流罩位于飞行器的前端，在飞行过程中承受着强大的热载荷和气动力载荷，其主要功能是形成良好的气动外形并头部防热。由于飞行器的使命和承受高温、高压气流的要求不同，头部整流罩的种类和材料也不同。

航天飞行器在大气层内高速飞行，飞行时间长，气动加热比较严重。头部整流罩处于飞行器最前端，气动力和气动加热比其他部段严重，头部瞬时环境温度最高1200℃，主要环境温度850℃，同时头部整流罩内部安装有多种遥测设备和控制电缆，在舱体受到气动加热时，头部整流罩应有良好的气动防热性能，以保证设备具有良好的工作环境条件，不因高温损坏而失效，因此头部整流罩的设计原则首先是要进行防热材料的设计和选型，其次要有合理的气动外形。据调研，国内头帽(头罩)主要都作为壳体外的热防护套作用，而本发明的头部整流罩是同时作为承力/隔热/防热结构件来使用。

作为一种具有复杂型面的产品，如何确保满足头部整流罩的使用要求，不会因材料失效或型面交接处应力过大产生裂缝，甚至影响内部设备电缆的工作性能，是高超声速飞行器研制过程中要考虑的重要问题，也成为了本发明需要解决的主要问题。一般情况下头部整流罩的材料多选用金属材料，外表面喷涂防热涂料。此类头部整流罩若设计得当能取得一定的防热效果，但是结构复杂，重量大，加工困难，造价高昂，产品的一致性难以保证。有的采用钢板加筋式结构，重量较重，机械加工复杂，通用性不好。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种复合材料头部整流罩，成本低廉，适用于大批量生产，加工工艺性好，重量较轻，产品一致性能够得到保证，其结构能同时满足结构强度和热环境要求。这种复合材料头部整流罩通过合理的成型方式一次成型，能大大减少加工环节，提高劳动生产率，减轻结构重量，可以适用于不同结构形式的飞行器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合材料头部整流罩，包括头帽、销钉和罩体。所述的头帽外形为曲线旋成体，前端为球头型，后端为薄壳结构，所述的罩体外形为圆锥体，罩体前端套接在头帽头帽后端内部，罩体后端套接在飞行器设备舱前端框伸出部分内部；罩体和头帽之间通过销钉固定。

所述头帽的薄壳结构的厚度为8～10mm。

所述的头帽采用高硅氧玻璃钢模压并机加成型。

所述的高硅氧玻璃钢组分包括高硅氧玻璃纤维短切纱和氨酚醛树脂，高硅氧玻璃纤维短切纱和氨酚醛树脂的重量比为6：4。

所述的高硅氧玻璃纤维短切纱的纤维公称直径为7μm，二氧化硅含量不低于96％；氨酚醛树脂的游离酚含量≤14％，固体含量≥50％；高硅氧玻璃钢的的密度为1.644g/cm³，抗拉强度为37.4MP_a，氧－乙炔烧蚀率为0.144mm/s。

所述销钉的材料与头帽一致。

所述的罩体采用高硅氧布钡酚醛树脂缠绕后机加成型。

所述的高硅氧布钡酚醛树脂是采用钡酚醛树脂预浸高硅氧布，高硅氧布与钡酚醛树脂的重量比为7：3。