本發(fā)明涉及一種發(fā)射筒，特別是涉及一種具有夾層結(jié)構(gòu)的全復(fù)合材料的發(fā)射筒。

背景技術(shù)：

發(fā)射筒是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的重要組成部分。為了提升導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的機(jī)動性，國內(nèi)各武器型號的發(fā)射筒呈現(xiàn)復(fù)合材料化趨勢?，F(xiàn)有的復(fù)合材料發(fā)射筒承載效率較低，重量較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種承載效率高、重量輕的夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒，包括筒段以及與筒段固定連接的初容室，所述筒段包括內(nèi)筒、外筒和泡沫夾層，所述泡沫夾層位于內(nèi)筒和外筒之間，所述內(nèi)筒和外筒的材料均為纖維預(yù)浸料，所述內(nèi)筒與外筒的厚度比為1.2～1.4。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒，其中所述內(nèi)筒和外筒均通過纖維預(yù)浸料鋪層形成，所述內(nèi)筒的纖維預(yù)浸料鋪層至少設(shè)為一層，所述外筒的纖維預(yù)浸料鋪層也至少設(shè)為一層。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒，其中所述內(nèi)筒的纖維預(yù)浸料鋪層包括第一內(nèi)鋪層、第二內(nèi)鋪層和第三內(nèi)鋪層，所述外筒的纖維預(yù)浸料鋪層包括第一外鋪層、第二外鋪層和第三外鋪層，所述第一內(nèi)鋪層和第一外鋪層均沿筒段的軸向鋪設(shè)，所述第二內(nèi)鋪層和第二外鋪層均沿筒段的周向鋪設(shè)，所述第三內(nèi)鋪層和第三外鋪層均沿筒段的軸向與周向之間傾斜鋪設(shè)。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒，其中所述第三內(nèi)鋪層和第三外鋪層均相對于筒段的軸向傾斜45°鋪設(shè)，所述第一內(nèi)鋪層、第二內(nèi)鋪層以及第三內(nèi)鋪層的厚度百分比分別為33％、60％和7％，所述第一外鋪層、第二外鋪層以及第三外鋪層的厚度百分比分別為70％、20％和10％。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒，其中所述泡沫夾層的密度為0.13～0.15g/cm3，模量大于50MPa，強(qiáng)度大于1.5Mpa，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.04W/m.K。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒，其中所述泡沫夾層的材料為硬質(zhì)聚氨酯泡沫。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒，其中所述初容室的一端設(shè)有端框，所述端框沿初容室的徑向布置，初容室通過所述端框與筒段螺栓連接。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒，其中所述端框包括依次鋪設(shè)的機(jī)加余量層和端框鋪層，所述機(jī)加余量層靠近所述筒段布置，所述端框鋪層與初容室筒段鋪層一體鋪設(shè)，所述端框鋪層的內(nèi)部鋪設(shè)有第一弧形加厚層，所述端框鋪層外還鋪設(shè)有第二弧形加厚層和L形加厚層，所述第二弧形加厚層和L形加厚層間隔鋪設(shè)于端框鋪層外，所述L形加厚層的一部分鋪設(shè)于端框上，另一部分鋪設(shè)于初容室的筒段鋪層外。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒，其中所述端框的鋪設(shè)材料為玻璃纖維或碳纖維。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本發(fā)明中的筒段包括內(nèi)筒、外筒和泡沫夾層，并且在內(nèi)外筒之間設(shè)有泡沫夾層，所述內(nèi)筒和外筒的材料均為纖維預(yù)浸料，所述內(nèi)筒與外筒的厚度比為1.2～1.4，能夠提升發(fā)射筒的承載效率，并且實現(xiàn)等強(qiáng)度設(shè)計，從而使發(fā)射筒的重量降低。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒中的第三內(nèi)鋪層和第三外鋪層均相對于筒段的軸向傾斜45°鋪設(shè)，所述第一內(nèi)鋪層、第二內(nèi)鋪層以及第三內(nèi)鋪層的厚度百分比分別為33％、60％和7％，所述第一外鋪層、第二外鋪層以及第三外鋪層的厚度百分比分別為70％、20％和10％，這樣能夠進(jìn)一步提升發(fā)射筒的承載效率，在內(nèi)壓工況下，內(nèi)外筒體結(jié)構(gòu)安全系數(shù)為1.8～1.9，在起豎集中載荷工況下，內(nèi)外筒體結(jié)構(gòu)安全系數(shù)為2～2.5，實現(xiàn)等強(qiáng)度設(shè)計，發(fā)射筒結(jié)構(gòu)重量降低10％，能夠適應(yīng)批量化生產(chǎn)。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒中的泡沫夾層的密度為0.13～0.15g/cm3，模量大于50MPa，強(qiáng)度大于1.5Mpa，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.04W/m.K，這樣能夠使泡沫夾層的剛度和強(qiáng)度與內(nèi)外筒體實現(xiàn)匹配，提高保溫效果。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒中端框的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了初容室的筒體與端框的連續(xù)鋪層，由原有的二次固化更改為一次成型，提高了成型效率，同時提高了端框的抗彎強(qiáng)度。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒筒段的內(nèi)筒、外筒和泡沫夾層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒中的端框鋪層示意圖；

圖4為圖3中A處的局部放大圖；

圖5為本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒中的筒段與初容室的連接示意圖；

圖6為本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒中的端框鋪層和L形加厚層從初容室筒體向端框鋪設(shè)到彎折處時剪開并增加補(bǔ)料示意圖；

圖7為本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒的內(nèi)壓計算示意圖；

圖8為本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒的起豎集中載荷計算示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，并結(jié)合圖2所示，本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒，包括筒段1以及與筒段1固定連接的初容室2，所述筒段1包括內(nèi)筒11、外筒13和泡沫夾層12，所述泡沫夾層12位于內(nèi)筒11和外筒13之間，所述內(nèi)筒11和外筒13的材料均為纖維預(yù)浸料，所述內(nèi)筒11與外筒13的厚度比為1.2～1.4。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒，其中所述內(nèi)筒11和外筒13均通過纖維預(yù)浸料鋪層形成，所述內(nèi)筒11的纖維預(yù)浸料鋪層至少設(shè)為一層，所述外筒13的纖維預(yù)浸料鋪層也至少設(shè)為一層。在本實施例中，所述內(nèi)筒11的鋪層包括第一內(nèi)鋪層、第二內(nèi)鋪層和第三內(nèi)鋪層，所述外筒13的鋪層包括第一外鋪層、第二外鋪層和第三外鋪層，所述第一內(nèi)鋪層和第一外鋪層均沿筒段1的軸向鋪設(shè)，所述第二內(nèi)鋪層和第二外鋪層均沿筒段1的周向鋪設(shè)，所述第三內(nèi)鋪層和第三外鋪層均沿筒段1的軸向與周向之間傾斜鋪設(shè)。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒，其中所述第三內(nèi)鋪層和第三外鋪層均相對于筒段1的軸向傾斜45°鋪設(shè)，所述第一內(nèi)鋪層、第二內(nèi)鋪層以及第三內(nèi)鋪層的厚度百分比分別為33％、60％和7％，所述第一外鋪層、第二外鋪層以及第三外鋪層的厚度百分比分別為70％、20％和10％。

上述針對的是對本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒內(nèi)外筒體的匹配性設(shè)計；如圖2所示，內(nèi)筒11厚度為t1，外筒13厚度為t2，內(nèi)筒、外筒中間為泡沫夾層12；優(yōu)化內(nèi)筒11、外筒13筒體厚度t1：t2＝1.2～1.4，可提高承載效率。

所述第一內(nèi)、外鋪層均沿筒段1的軸向鋪設(shè)，稱之為0°鋪層；所述第二內(nèi)、外鋪層均沿筒段1的周向鋪設(shè)；稱之為90°鋪層；所述第三內(nèi)、外鋪層相對于筒段1的軸向傾斜45°鋪設(shè)，稱之為45°鋪層。將第一內(nèi)鋪層、第二內(nèi)鋪層以及第三內(nèi)鋪層的厚度比設(shè)為n_0°：n_90°：n_45°＝33％：60％：7％，以及將第一外鋪層、第二外鋪層以及第三外鋪層的厚度比設(shè)為n_0°：n_90°：n_45°＝70％：20％：10％，可提高承載效率。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒，其中所述泡沫夾層12的密度為0.13～0.15g/cm3，模量大于50MPa，強(qiáng)度大于1.5Mpa，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.04W/m.K。

上述是對泡沫夾層12結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計，具體為：泡沫夾層12力學(xué)性能與內(nèi)筒11、外筒13通過內(nèi)壓工況、起豎集中載荷工況進(jìn)行耦合計算，計算的工況條件見圖6～圖7，確定泡沫所需的壓縮強(qiáng)度、模量，在滿足強(qiáng)度、模量的前提下，盡量減小泡沫密度，減小泡沫導(dǎo)熱系數(shù)，使泡沫同時滿足導(dǎo)熱系數(shù)要求；經(jīng)過優(yōu)化，泡沫密度為ρ＝0.13～0.15g/cm3時，模量E＞50MPa，強(qiáng)度大于1.5Mpa，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.04W/m.K，能夠滿足要求。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒，其中所述泡沫夾層12的材料為硬質(zhì)聚氨酯泡沫。

如圖3所示，并結(jié)合圖4、5所示，本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒，其中所述初容室2的一端設(shè)有端框21，所述端框21沿初容室2的徑向布置，初容室2通過所述端框21與筒段1螺栓連接。

所述端框21包括依次鋪設(shè)的機(jī)加余量層4和端框鋪層8，所述機(jī)加余量層4靠近所述筒段1布置，所述端框鋪層8與初容室筒段鋪層3一體鋪設(shè)，所述端框鋪層8的內(nèi)部鋪設(shè)有第一弧形加厚層51，所述端框鋪層8外還鋪設(shè)有第二弧形加厚層52和L形加厚層6，所述第二弧形加厚層52和L形加厚層6間隔鋪設(shè)于端框鋪層8外，所述L形加厚層6的一部分鋪設(shè)于端框21上，另一部分鋪設(shè)于初容室的筒段鋪層3外。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒，其中所述端框21的鋪設(shè)材料為玻璃纖維或碳纖維，端框的鋪設(shè)方法如下：

(1)鋪層時，先在模具上鋪設(shè)機(jī)加余量層4，再鋪設(shè)端框鋪層8，端框鋪層8與初容室筒段鋪層3一體鋪設(shè)：先鋪設(shè)初容室筒段鋪層3，之后再彎折90°鋪設(shè)端框鋪層8，在彎折的時候，如圖6所示，需要將鋪層剪開并增加補(bǔ)料7，這樣才能鋪設(shè)出完整的端框鋪層8。在端框鋪層8鋪設(shè)過程中，在其內(nèi)部增加第一弧形加厚層51。

(2)在端框鋪層8外依次鋪設(shè)第二弧形加厚層52和L形加厚層6，直至厚度滿足要求為止，第二弧形加厚層52僅鋪設(shè)于端框21處，L形加厚層6的一部分鋪設(shè)于端框21上，另一部分鋪設(shè)于初容室的筒段鋪層3外。在鋪完初容室2筒體外的L形加厚層6后，需要彎折90°繼續(xù)鋪設(shè)端框21處的L形加厚層6，在彎折的時候，如圖6所示，需要將L形加厚層6的彎折處剪開并增加補(bǔ)料7，這樣才能鋪設(shè)出位于端框21處的完整的L形加厚層6。

(3)待鋪設(shè)材料固化后對端框21端面進(jìn)行機(jī)加即可。

本發(fā)明中的內(nèi)筒11與外筒13的厚度比為1.2～1.4，第一內(nèi)、外鋪層均沿筒段1的軸向鋪設(shè)，第二內(nèi)、外鋪層均沿筒段1的周向鋪設(shè)，第三內(nèi)、外鋪層均沿筒段1的軸向與周向之間傾斜鋪設(shè)。如此能夠提升發(fā)射筒的承載效率，并且實現(xiàn)等強(qiáng)度設(shè)計，從而使發(fā)射筒的重量降低。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒中的第三內(nèi)、外鋪層均相對于筒段1的軸向傾斜45°鋪設(shè)，所述第一內(nèi)鋪層、第二內(nèi)鋪層以及第三內(nèi)鋪層的厚度百分比分別為33％、60％和7％，所述第一外鋪層、第二外鋪層以及第三外鋪層的厚度百分比分別為70％、20％和10％，這樣能夠進(jìn)一步提升發(fā)射筒的承載效率，在內(nèi)壓工況下，內(nèi)外筒體結(jié)構(gòu)安全系數(shù)為1.8～1.9，在起豎集中載荷工況下，內(nèi)外筒體結(jié)構(gòu)安全系數(shù)為2～2.5，實現(xiàn)等強(qiáng)度設(shè)計，發(fā)射筒結(jié)構(gòu)重量降低10％，能夠適應(yīng)批量化生產(chǎn)。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒中的泡沫夾層12的密度為0.13～0.15g/cm3，模量大于50MPa，強(qiáng)度大于1.5Mpa，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.04W/m.K，這樣能夠使泡沫夾層12的剛度和強(qiáng)度與內(nèi)外筒體實現(xiàn)匹配，提高保溫效果。

本發(fā)明夾層結(jié)構(gòu)全復(fù)合材料發(fā)射筒中的端框21的鋪設(shè)方法，實現(xiàn)了初容室2的筒體與端框21的連續(xù)鋪層，由原有的二次固化更改為一次成型，提高了成型效率，同時提高了端框21的抗彎強(qiáng)度，防止端框固化開裂。

如圖7所示，并結(jié)合圖8所示，根據(jù)發(fā)射筒設(shè)計要求所提出的內(nèi)壓P，起豎集中載荷F，開展發(fā)射筒筒體設(shè)計計算，通過仿真方法，得出筒體在兩種設(shè)計工況下的結(jié)構(gòu)安全系數(shù)，并以內(nèi)筒、外筒厚度t1、t2以及內(nèi)筒、外筒鋪層比例n0°：n90°：n45°為自變量進(jìn)行迭代優(yōu)化，最終當(dāng)內(nèi)筒11、外筒13安全系數(shù)相同，并滿足設(shè)計要求時，完成優(yōu)化；確定內(nèi)筒11、外筒13剛度、強(qiáng)度后，進(jìn)行泡沫夾層12設(shè)計，通過內(nèi)壓和起豎集中載荷工況計算，確定泡沫模量、強(qiáng)度，同時進(jìn)行筒體導(dǎo)熱系數(shù)計算，當(dāng)泡沫安全系數(shù)及發(fā)射筒整體導(dǎo)熱系數(shù)滿足設(shè)計要求時，完成泡沫優(yōu)化。

筒段1成型時，在模具上先進(jìn)行內(nèi)筒體鋪層并完成固化，再在內(nèi)筒體外側(cè)粘接泡沫，在泡沫外側(cè)進(jìn)行外筒體鋪層并再次固化。

初容室2成型時，先在模具上鋪設(shè)機(jī)加余量層4，再鋪設(shè)初容室筒段鋪層3，并向端框部分連續(xù)鋪設(shè)，完成端框鋪層8的鋪設(shè)。在端框鋪層8內(nèi)部增加第一弧形加厚層51；在端框鋪層8外依次鋪設(shè)第二弧形加厚層52和L形加厚層6，直至厚度滿足要求為止，第二弧形加厚層52僅鋪設(shè)于端框21處，L形加厚層6的一部分鋪設(shè)于端框21上，另一部分鋪設(shè)于初容室的筒段鋪層3外。待鋪設(shè)材料固化后對端框21端面進(jìn)行機(jī)加即可。

筒段1與初容室2單獨成型后，通過端框21進(jìn)行螺栓連接。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。