[发明专利]一种抗烧蚀轻质承载U型罩体及其制备方法

说明书

本发明提出一种抗烧蚀轻质承载U型罩体及其制备方法。U型罩体最外面为热防护抗烧蚀层，最里面为结构承载层，结构承载层还可设置具有一定宽度和高度的加强筋条增加承载能力，热防护层和结构承载层之间采用耐高温硅橡胶进行粘接。本发明采用热防护抗烧蚀层与结构承载层相互配合的方法，热防护层采用耐烧蚀纤维增强酚醛树脂体系，结构承载层采用碳纤维增强树脂基体系，承载层与热防护层相互配合可以在结构减重的基础上实现U型罩体的耐烧蚀性能和力学性能的平衡。

技术领域

本发明涉及一种抗烧蚀轻质承载U型罩体及其制备方法，属于耐烧蚀复合材料技术领域。

背景技术

随着航天航空技术的发展，对飞行器提出了高飞行速度、远航程和高有效载荷的要求。随着飞行器飞行速度增加，飞行器表面存在强烈的气动加热，导致表面驻点温度升高。而当飞行速度增加时则驻点温度与飞行速度的马赫数平方成正相关增加。

传统飞行器发动机整流罩主要采用金属材料，并在金属材料表面加上抗烧蚀涂层，利用烧蚀层防热，金属层提供承载来协同实现。然而金属材料密度大，不利于高飞行速度、远航程和高有效载荷的需求，传统的结构树脂基复合材料又通常难以直接暴露在500℃以上使用。因此，飞行器罩体的研发一直受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种抗烧蚀轻质承载U型罩体及其制备方法。

本发明的技术解决方案：

一种抗烧蚀轻质承载U型罩体，包括最外层的热防护抗烧蚀层、最内层的结构承载层和中间层的耐高温粘接层，所述热防护抗烧蚀层为耐烧蚀纤维增强酚醛树脂层，所述结构承载层为碳纤维增强树脂基复合材料。

进一步地，所述热防护抗烧蚀层采用的耐烧蚀纤维是一种不燃纤维且具有隔热性能；耐烧蚀纤维种类为本领域常用的具有耐烧蚀性能的纤维，如玻璃纤维、高硅氧纤维和芳纶纤维等。

进一步地，所述结构承载层选用的树脂基体没有特殊种类的限制，其耐温等级根据使用工况条件确定，可以选择环氧树脂，双马树脂或者聚酰亚胺等耐高温结构树脂；耐高温粘接剂要求耐热等级在200℃以上。

进一步地，所述热防护抗烧蚀层的厚度为5～20mm，厚度越大其耐烧蚀性能就越好，但重量也越大，总厚度太高，会影响飞行器的有效载荷；所述结构承载层的厚度为1～8mm，厚度越大其力学性能就越好，但重量也越大，总厚度太高，也会影响飞行器的有效载荷。本领域技术人员根据具体的烧蚀性能和结构承载性能的要求，选择防热烧蚀层和结构承载层的厚度。

进一步地，所述热防护抗烧蚀层采用的酚醛树脂没有特殊的种类限制，其耐温等级根据使用工况的温度确定，可以选择钡酚醛、硼酚醛、钼酚醛等中的一种或几种。

进一步地，所述耐高温粘接层优选为耐高温硅橡胶粘接剂层。

进一步地，所述结构承载层中含有加强筋条以增强承载能力和抗变形能力。

一种抗烧蚀轻质承载U型罩体的制备方法，通过以下步骤实现：

第一步，制备U型罩体带加强筋条结构承载层：

A1.1、根据相应的工况应用需求选择环氧树脂，双马树脂或者聚酰亚胺等耐高温树脂，之后通过热熔法或者湿法工艺制备碳纤维预浸料，得到相应的树脂基碳纤维预浸料；

A1.2、将A1.1得到的树脂基碳纤维预浸料按照带加强筋条结构承载层的结构尺寸进行剪裁得到大面积蒙皮矩形预浸料以及分断蒙皮矩形预浸料，将分断蒙皮预浸料首先铺层到U型金属阳模上(金属阳模上带有凹陷可放置加强筋条的区域)，之后加上单向加强筋条预浸料，然后铺层大面积蒙皮，之后再进行热压罐固化脱模得到带加强筋条结构承载层；固化工艺根据采用的树脂基体种类而定。

第二步，制备热防护抗烧蚀层：

A2.1、将酚醛树脂通过热熔法制备耐烧蚀纤维预浸料；