一種複合材料電纜罩的製作方法

2023-06-14 19:32:06

本發明涉及材料學和機械學領域，尤其是一種複合材料電纜罩。

背景技術：

空間飛行器在大氣中高速飛行時，迎面氣流與飛行器會產生摩擦，使得艙體表面溫度升高，造成氣動加熱。為了保護外表面跨艙段的電纜，多採用電纜罩的形式進行保護。電纜罩處於艙體外表面凸出部位，氣動加熱比其他部段嚴重，同時電纜罩內部安裝有多種遙測設備和控制電纜，在艙體受到氣動加熱時，電纜罩應有良好的氣動防熱性能，以保證設備具有良好的工作環境條件，不因高溫損壞而失效，因此電纜罩的設計原則首先是要進行防熱材料的設計和選型，其次要具有合理的氣動外形。

作為一種具有複雜型面的產品，如何確保滿足電纜罩的使用要求，不會因材料失效或型面交接處應力過大產生裂縫，甚至影響內部設備電纜的工作性能，是空間飛行器研製過程中要考慮的重要問題。一般情況下電纜罩的材料多選用金屬材料，外表面噴塗防熱塗料。此類電纜罩若設計得當能取得一定的防熱效果，但是結構複雜，加工困難，造價高昂，產品的一致性難以保證。有的採用鋼板加筋式結構，質量較重，機械加工複雜，通用性不好。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種複合材料電纜罩，成本低廉，加工工藝性好，質量較輕，產品一致性容易保證，而且可以適用於不同結構形式的飛行器。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種複合材料電纜罩，包括前罩體、前橡膠墊、中罩、後罩體和後橡膠墊。

以飛行器前進方向為前端，所述的前罩體為薄殼式結構，厚度為4～6mm，前端為流線型曲面，側邊為向外側凸起的安裝面，用於連接飛行器；所述的後罩體為薄殼式結構，厚度為4～6mm，後端為流線型曲面，側邊為向外側凸起的安裝面，用於連接飛行器；所述的中罩為厚4～6mm的槽形件，兩端分別連通前罩體的後端以及後罩體的前端；所述的前橡膠墊安裝在前罩體與飛行器之間，密封前罩體的前端及兩側，厚度為2～5mm；所述的後橡膠墊安裝在前罩體與飛行器之間，厚度為2～5mm，後橡膠墊的後端開有豁口，用於保持整個電纜罩內外的氣壓平衡。

所述的前罩體、中罩和後罩體的材質為高矽氧/酚醛玻璃布或碳/酚醛布；所述的前橡膠墊和後橡膠墊的材質為矽橡膠塗覆織物或矽橡膠玻璃布。

所述的前罩體經過預浸料然後鋪層模壓成形，或者採用編織成形與樹脂傳遞模塑法成形；所述的中罩採用鋪層加壓固化成形。

所述的前罩體與前橡膠墊之間、後罩體與後橡膠墊採用室溫硫化矽橡膠GD414或矽橡膠703粘接。

所述的前罩體、中罩和後罩體之間的對接縫採用室溫硫化矽橡膠GD414進行密封處理。

本發明的有益效果是：

(1)結構簡單，採用模具成型準確；

(2)安裝使用方便，可靠性高；

(3)對零件主要尺寸的精度要求不高，普通生產條件下即可滿足要求，降低了生產成本，提高了生產效率。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是前罩體的結構示意圖；

圖3是前橡膠墊的結構示意圖；

圖4是中罩的結構示意圖；

圖5是後罩體的結構示意圖；

圖6是後橡膠墊的結構示意圖；

圖中，1-前罩體，2-前橡膠墊，3-中罩，4-後罩體，5-後橡膠墊。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，本發明包括但不僅限於下述實施例。

本發明提供的複合材料電纜罩是一種具有複雜流線曲面的結構件，安裝在空間飛行器外表面，用來保護通過空間飛行器外表面的電纜，使電纜不受氣動力及氣動加熱影響。這種複合材料電纜罩能大大減少加工環節，去掉噴塗防熱塗料環節，提高勞動生產率，減輕結構重量，又具備在高溫下長時間工作的特性，能同時滿足結構強度和熱環境要求。

為了在飛行器外表面方便地安裝複合材料電纜罩，同時也滿足工藝的可加工性，本發明提供的分段式複合材料電纜罩如圖1所示，由前罩體1、前橡膠墊2、中罩3、後罩體4和後橡膠墊5組成。前罩體1為薄殼式結構，前端為流線型曲面，側邊為安裝面，其結構見圖2。前罩體1的厚度為4～6mm，安裝面上可加工8～10個沉頭孔，用規格為M5、M6或M8的螺釘與飛行器連接。前罩體1可以採用高矽氧/酚醛玻璃布或碳/酚醛布，經過預浸料然後鋪層模壓成形，也可以採用編織成型與樹脂傳遞模塑法成形。前橡膠墊2厚度為2～5mm，其結構見圖3。材料可採用矽橡膠塗覆織物或矽橡膠玻璃布，具有較好的柔性和耐燒蝕性，用在這裡起到密封作用，保護電纜罩內的電纜。前罩體1與前橡膠墊2可以用室溫硫化矽橡膠GD414或矽橡膠703粘接。中罩3為4～6mm厚的槽形件，見圖4。可採用高矽氧/酚醛玻璃布或碳/酚醛布，經過手工鋪層加壓固化成形。中罩3的安裝面上可加工16～20個通孔，用規格為M5、M6或M8的螺釘與飛行器連接。後罩體4採用與前罩體1完全相同的結構形式，其結構見圖5。後橡膠墊5厚度為2～5mm，其結構見圖6。材料可採用矽橡膠塗覆織物或矽橡膠玻璃布，後橡膠墊5與前橡膠墊1的區別在於後部開有一個20mm的豁口，用於保持整個電纜罩內外的氣壓平衡。

本發明的電纜罩裝配方法是：前罩體1和粘接好的前橡膠墊2用8個螺釘固定在飛行器艙體上，中罩3用18個螺釘固定在飛行器艙體外表面的9對中罩固定支座上，後罩體4和粘接好的後橡膠墊5用8個螺釘固定在飛行器艙體上，之後用室溫硫化矽橡膠GD414對罩體之間的對接縫進行密封處理。

在某空間飛行器電纜罩的研製過程中，總體對電纜罩氣動加熱的要求非常嚴酷，要求電纜罩能承受主動段飛行時的氣動加熱，其防熱結構應具有良好的熱穩定性，其中電纜罩前端頭部瞬時環境溫度最高1160℃，主要環境溫度為600℃。通過對複合材料和曲面結構形式的分析計算，將電纜罩設計成如圖1所示的結構形式。電纜罩為分段式組合形式，由前罩體1、前橡膠墊2、中罩3、後罩體4和後橡膠墊5組成。前罩體1為薄殼式結構，前端為流線型曲面，側邊為安裝面，其結構見圖2。前罩體1的厚度為4㎜，長度為300mm，寬度為90mm，高度為25mm，安裝面上加工了8個Φ5.5mm的沉頭孔，用8個M5的螺釘(標準件)固定在飛行器艙體上。前罩體1採用高矽氧/酚醛玻璃布經過預浸料鋪層模壓成形。前橡膠墊2厚度為2mm，其結構見圖3。材料採用矽橡膠玻璃布，用在這裡起到密封作用。前罩體1與前橡膠墊2用室溫硫化矽橡膠GD414粘接。中罩3為4mm厚的槽形件，長度為2700mm，寬度為90mm，高度為26mm，結構見圖4。採用高矽氧/酚醛玻璃布經過手工鋪層加壓固化成形。中罩3的安裝面上加工了16個Φ5.5mm的通孔，用規格為M5螺釘(標準件)固定在飛行器艙體支座上。後罩體4採用與前罩體1完全相同的材料和結構形式，長度為270mm，寬度為90mm，高度為25mm，其結構見圖5。後橡膠墊5厚度為2mm，其結構見圖6。材料採用矽橡膠玻璃布，在後部開有一個20mm的豁口，用於保持整個電纜罩內外的氣壓平衡。整個電纜罩通過32個M5×20的螺釘(標準件)安裝在飛行器外表面。

經過飛行器真實的飛行試驗後，測得電纜罩前端弧面內表面的溫度為225℃，滿足了總體要求的電纜工作溫度必須低於300℃的要求。從飛行試驗成功的結果可以看出，作為一個承力/防熱結構件，複合材料電纜罩在整個飛行過程中未發生結構失穩、斷裂、破壞等情況，完全經受住了飛行試驗真實氣動環境和熱環境的考核，充分驗證了該複合材料電纜罩的技術可行性和可靠性。