[发明专利]一种高超音速弹用承载、烧蚀防热一体化复合材料弹翼、舵及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高超音速弹用承载、烧蚀防热一体化复合材料弹翼、舵及其制备方法，包括以下步骤：1)根据高超音速导弹型号不同，其对弹翼、舵承受气流温度、烧蚀时间、气动载荷下翼尖位移要求也不同，将弹翼、舵的整体铺层结构设计分为两部分，即弹翼、舵承载层和弹翼、舵耐烧蚀层；2)弹翼、舵承载层选择编织碳/高温环氧预浸布、编织碳/聚酰亚胺预浸布、编织碳/双马来酰亚胺预浸布中的一种，弹翼、舵耐烧蚀层碳/酚醛预浸布、碳/苯并噁嗪预浸布、碳/芳炔树脂预浸布中的一种，纤维质量含量控制在65‑75％，采用碳纤维预浸布铺层一次模压工艺，避免结构/功能层基体树脂因树脂含量过高及加压时机早、压力过大导致相互渗透、弹翼、舵耐烧蚀层胶液溢出过多造成的性能缺陷。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种弹翼、舵的结构及制备方法，尤其涉及一种高超音速弹用承载、烧蚀防热一体化复合材料弹翼、舵及其制备方法。

背景技术

弹翼、舵是高超音速导弹的关键部件，为导弹提供飞行升力，此外在飞行过程中承受复杂的空气载荷、气动加热，因此需要具备低重量、高强度、耐烧蚀要求。

现阶段，大多数弹翼、舵采用铝合金、钛合金等金属材料，在满足高强度、耐烧蚀性能的条件下，惰性质量明显高于复合材料弹翼、舵，导致导弹有效射程也明显降低。

现有研究中，采用复合材料代替金属材料用于制备弹翼、舵，例如中国专利申请CN104197790A公开了一种金属加筋-纤维增强树脂基复合材料蒙皮弹翼及其制备方法，它由金属加筋、泡沫和纤维增强树脂基复合材料蒙皮构成，但是其主体结构仍为金属，并存在多处宏观界面。又如中国专利申请CN109373826A公开了一种热塑性短纤维模压复合材料弹翼，其由T700短纤维碳纤维增强的聚芳醚砜醚酮酮树脂模压成型，但是短切纤维相对连续纤维成型复合材料制件存在强度低的缺陷。

金属弹翼、舵的结构重量占导弹总体比重过高，在同样满足高强度、耐烧蚀性能的条件下，导弹有效射程相较于复合材料弹翼、舵明显降低。防热复合材料是先进热防护系统设计研制的关键材料，发挥隔热、承载等功能，涉及特殊环境下材料的多种热响应以及多组元多尺度结构的高温演化。高超音速条件下，弹翼、舵在需要承受复杂高载荷、高温烧蚀的同时，降低质量，降低弹体的惰性载荷。

因此，迫切需要一种耐烧蚀复合材料弹翼、舵，使其具备“承载/烧蚀防热”一体化，进而应用于高超音速导弹。

发明内容

本发明针对现有技术中，泡沫夹芯外覆纤维增强树脂基复合材料蒙皮及短切纤维模压复合材料弹翼、舵应用于高超音速导弹存在有多处宏观界面、强度差等缺点，提供了一种高超音速弹用承载、烧蚀防热一体化复合材料弹翼、舵，所述的复合材料是一种以编织碳/酚醛、苯并噁嗪、芳炔树脂，和碳/高温环氧、聚酰亚胺、双马来酰亚胺材料为基础、结合铺放、真空模压等工艺，可以解决高超环境下烧蚀剥蚀控制的高温微量烧蚀的高性能复合材料。

本发明还提供了一种高超音速弹用承载、烧蚀防热一体化复合材料弹翼、舵的制备方法。

一种高超音速弹用承载、烧蚀防热一体化复合材料弹翼、舵的制备方法，包括以下步骤：

1)将高超音速导弹的弹翼、舵的整体铺层结构设计分为两部分，即弹翼、舵承载层和弹翼、舵耐烧蚀层；

采用abaqus软件对弹翼、舵的承受载荷、气动加热形式进行仿真分析，要求弹翼、舵在承受载荷并高温受热的条件下，内部弹翼、舵承载层温度低于树脂体系的玻璃化转变温度造成的承载性能损失导致整体变形＞2mm，计算出各结构/功能层纤维铺层形状、方向及层数；

2)弹翼、舵承载层选择编织碳/高温环氧预浸布、编织碳/聚酰亚胺预浸布、编织碳/双马来酰亚胺预浸布中的一种，弹翼、舵耐烧蚀层选择碳/酚醛预浸布、碳/苯并噁嗪预浸布、碳/芳炔树脂预浸布中的一种，纤维质量含量控制在65-75％，采用碳纤维预浸布铺层一次模压工艺，得到高超音速弹用承载、烧蚀防热一体化复合材料弹翼、舵。