[发明专利]一种陶瓷基复合材料喷管法兰及其制备方法

说明书

本发明公开了一种陶瓷基复合材料喷管法兰及其制备方法，该法兰包括：喷管主体、若干加强盒和法兰底板；若干加强盒沿喷管主体的入口外侧壁环绕设置，并且若干加强盒之间相互连接；加强盒包括第一侧板、第二侧板、调节板和连接板，第一侧板、第二侧板和连接板均设置于调节板外侧，并与调节板形成四面盒，连接板上设置有第一通孔；法兰底板套设于喷管主体入口外侧壁，并与连接板连接，法兰底板上设置有第二通孔，第一通孔和第二通孔相匹配。本发明喷管入口处法兰连接部位采用斜锥设计，对弧底四面盒和多层拼接法兰板进行轴向限位，利用圆环法兰板、弧底四面盒对喷管法兰连接部位进行整体加强，使得法兰结构具有较高的强度、刚度及结构稳定性。

技术领域

本发明涉及航天发动机技术领域，具体涉及一种陶瓷基复合材料喷管法兰及其制备方法。

背景技术

连续碳纤维增强陶瓷基复合材料(Continuous Fiber Reinforced CeramicMatrix Composites，CFCC)继承了陶瓷本身的低密度、高强度、抗氧化等优异特性，又克服了陶瓷脆性大和可靠性差的弱点，表现出类似于金属的断裂行为，且对裂纹不敏感、不易发生灾难性断裂，尤其是碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料，综合了C/C复合材料和SiC陶瓷的优点，具有比强高、比模量高、温度稳定性好、耐高温、低密度等一系列优异性能，在超燃冲压发动机尾喷管结构材料领域具有巨大的应用潜力。化学气相渗透(Chemical VaporInfiltration，CVI)是制备碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的成熟工艺，可以在900-1000℃的中温、低压或常压条件下，由气态先驱体连续沉积复合材料的不同成分，即界面相、基体和外涂层，初始材料是n(通常n＝2或3)维多孔纤维预制体，在预制体制备过程中(CVI)，界面相和SiC基体被沉积到预制体孔隙内部的纤维表面，该工艺具有以下突出优点：实用性强，制备温度较低；有效实现复合材料在微观尺寸上的成分设计；适于制备高纤维体积分数、形状复杂、净尺寸、尺寸范围宽的制品；制备过程对纤维损伤小。

随着飞行器飞行速度和飞行距离的不断提高，对发动机的性能要求日益提高，尾喷管是超燃冲压发动机产生推力的主要部件，其负责将推进剂燃烧产生的高温、高压燃气的热能转化为动能，发动机燃烧室与喷管之间的连接部位在发动机工作过程中会受到外部和内部多种载荷，连接结构的可靠性直接影响发动机工作过程的可靠性与安全性，喷管与燃烧室连接通常采取法兰连接，为了提高陶瓷基复合材料法兰强度，使其满足载荷要求，现有技术制备喷管法兰一般采取连续纤维翻边的方式，此方式制备的喷管会在内壁入口处形成工艺圆角，对燃烧室设计及连接密封设计带来较大难度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种陶瓷基复合材料喷管法兰及其制备方法，以解决现有技术制备的喷管会在内壁入口处形成工艺圆角，这对的燃烧室设计及连接密封设计带来较大难度的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种陶瓷基复合材料喷管法兰，包括：喷管主体、若干加强盒和法兰底板；若干加强盒沿所述喷管主体的入口外侧壁环绕设置，并且若干加强盒之间相互连接；加强盒包括第一侧板、第二侧板、调节板和连接板，第一侧板、第二侧板和连接板均设置于调节板外侧，并与调节板形成四面盒，连接板上设置有第一通孔；调节板内侧设置为弧形，弧度与喷管主体入口侧壁吻合；法兰底板套设于喷管主体入口外侧壁，并与连接板连接，法兰底板上设置有第二通孔，第一通孔和第二通孔相匹配。

本发明的有益效果为：本发明喷管入口处周向分布的加强盒彼此贴合紧密，与喷管主体连接无缝隙，并与法兰底板贴合紧密，整体结构稳定。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，喷管主体和法兰底板与加强盒均通过销钉连接。

进一步，销钉直径为3-4mm。

进一步，加强盒和法兰底板的壁厚均为3-4mm。

进一步，喷管主体入口外侧壁上设置有斜锥，法兰底板内圆与斜锥吻合。