一种适用于运载火箭的防热一体化电缆的制作方法

1.本发明涉及电连接器热防护结构领域，具体地，涉及一种适用于运载火箭的防热一体化电缆。


背景技术：

2.目前国内部分运载火箭一二级采取热分离方案，针对二级构型火箭，火箭在一二级分离过程中二级发动机先点火工作，再进行一二级之间连接解锁分离，二级发动机点火至一二级连接解锁分离时段，二级发动机火焰直接喷射在火箭一级前端形成火箭火焰回流至二级尾段，在此期间二级尾段舱内电连接器会受到二级发动机工作尾焰产生的高温高速燃气冲刷作用，对应热冲刷试验条件为气流马赫数3、气流温度2000k、时间1.0s，一二级分离完成后二级发动机持续工作时间长达几百秒至上千秒，在此期间，二级火箭发动机热辐射条件非常严酷，对敷设在火箭尾段发动机附近的电连接器热防护要求非常高，另外，针对其他构型如三级火箭等状态，末子级同样存在工作时间长热辐射条件严酷的特点，因此，火箭末子级尾段一般需要采取大量的热防护措施以确保尾段电缆工作正常。
3.目前国内运载火箭上电缆热防护主要采用橡胶基的高温绝热带加聚酰亚胺镀铝薄膜缠绕包覆的措施，高温绝热带用于热隔离，聚酰亚胺镀铝薄膜用于反射辐射至电缆表面的热流，由于电缆需承受一二级分离时的热冲刷作用，同时在后续飞行段火箭尾段热环境恶劣，目前电缆包覆措施一般为半叠包法缠绕两次高温绝热带，再采用半叠包法缠绕三次聚酰亚胺镀铝薄膜，在火箭总装阶段，需花费大量的人力资源进行电缆包覆，人为半叠包覆防热层工艺性差，防热包覆质量一致性难以保证，电缆包覆完成后，由于高温绝热带密度较高、柔韧性较低，电缆重量增加较多、柔度低，电缆重量增加会降低火箭运载能力，柔度低对电缆敷设安装操作不利，同时采用半叠包覆方案的热防护层在火箭飞行过程存在因震动、热冲刷等影响防护材料层间发生错层移动导致部分电缆暴露从而出现防热失效的风险，电缆防热整体可靠性低。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种可以克服现有火箭电缆防热包覆技术的存在的操作性及可靠性不高问题，成功解决运载火箭尾段电缆热防护问题，实现电缆生产与防热一体化集成，电缆交付使用阶段无需额外开展防热包覆，达到热防护结构一体化、轻量化、高可靠性的要求。
5.为实现上述目的，本发明提供一种适用于运载火箭的防热一体化电缆，包括芯线，所述芯线采用绝缘和防热一体化设计；套管，所述套管套设在所述芯线外侧，所述套管用于约束芯线外形，且增加电缆使用过程的耐磨性能。
6.优选的：所述芯线由内而外包括导体、耐高温绝缘层、绝缘粘接剂和防湿耐磨层。
7.优选的：所述耐高温绝缘层包括云母缠绕层和石英丝层，所述云母缠绕层致密的缠绕在所述导体外侧，形成对所述导体的完整包覆，所述云母缠绕层外绑扎有石英丝层。
8.优选的：所述绝缘粘接剂为高温绝缘漆层，所述高温绝缘漆层均匀涂覆在所述石英丝层外侧，所述高温绝缘漆由改性有机硅和硅酮绝缘漆混合制成。
9.优选的：所述防湿耐磨层为聚四氟乙烯薄膜层，所述防湿耐磨层用于防止所述云母缠绕层受潮，同时提升所述电缆的耐磨性能。
10.优选的：所述套管采用无碱玻璃纤维制成。
11.优选的：还包括屏蔽层，所述屏蔽层设置于所述绝缘粘接剂和防湿耐磨层之间，用于屏蔽所述芯线产生的信号。
12.优选的：所述改性有机硅在250
°
以上的温度时，热分解形成二氧化硅，集附在硅酮绝缘漆表面，形成致密的整体用于所述芯线抵抗高温。
13.与现有技术相比，本技术提出的技术方案具有如下的有益效果：本发明提供的电缆结构可直接承受火箭一二级热分离过程中发动机火焰热冲刷和火箭发动机长时间工作热流辐射，有效保护整体结构完整性，同时具备一定的隔热防护性能。电缆生产阶段同步实现热防护同步集成，电缆整体热防护能力强，能够适应火箭一二级采用热分离热冲刷环境和飞行段长时间热辐射的综合热环境使用要求，实现电缆交付火箭总装后无需开展防热包覆工作。
附图说明
14.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
15.图1为本发明防热一体化电缆总体构型示意图；
16.图2为本发明芯线的结构示意图；
17.图3为本发明带有屏蔽结构的芯线示意图；
18.图中：1.耐高温芯线，2.无碱玻璃纤维套管，3.导体，4.云母缠绕层，5.石英丝层，6.高温绝缘漆层，7.聚四氟乙烯薄膜层，8.屏蔽层。
具体实施方式
19.以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
20.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
21.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
22.参见图1、图2和图3，本发明提供的一种适用于运载火箭的防热一体化电缆，具体包括无碱玻璃纤维套管2、耐高温芯线1，无碱玻璃纤维套管2套装在耐高温芯线1外侧，耐高温芯线1由内而外包括导体3、云母缠绕层4、石英丝层5、高温绝缘漆层6、聚四氟乙烯薄膜层7、屏蔽层8。
23.本发明的耐高温芯线1具备耐冲刷、耐高温的特性，能够耐受火箭一二级热分离热冲刷，以及火箭长时间飞行段发动机尾焰热流辐射，芯线内层为耐高温绝缘层，采用绝缘、耐高温及隔热防火性能优良的云母缠绕层4、石英丝层5，高温绝缘漆层6作为绝缘层绝缘粘结剂，选用改性有机硅、硅酮绝缘漆，其特点在于改性有机硅、硅酮绝缘漆达到250℃以上温度时，材料热分解形成二氧化硅，通过“丘岛效应”集附在无机材料表面，外侧的聚四氟乙烯薄膜层7为防湿耐磨层，主要防止电线内侧易吸水的云母绝缘层受潮，同时聚四氟乙烯防湿耐磨层可提升电线使用过程中耐磨性能，保护芯线内部高温绝缘层，聚四氟乙烯在400℃以上高温环境下汽化蒸发，芯线外侧的高温绝缘材料可保障芯线正常工作，根据电气系统屏蔽芯线使用需求，在芯线的高温绝缘漆层6和聚四氟乙烯薄膜层7之间设置屏蔽层，耐高温芯线外侧绝缘层采用耐高温隔热材料，芯线绝缘层与耐高温层一体化设计，实现电缆产品无需进行额外包覆的目标。
24.本发明的电缆最外侧采用无碱玻璃纤维套管，用于电缆保形，增加电缆使用过程耐磨性能，同时自身耐高温达到800℃以上，可直接承受火箭一二级热分离过程中发动机火焰热冲刷和后续飞行段火箭发动机长时间工作的热流辐射，有效保护整体结构完整性，同时具备一定的隔热防护性能。
25.本发明中，电缆芯线采用耐高温绝缘层能够实现芯线在1500℃高温热流冲刷3s保持绝缘层完好，可通过交流300v/5min耐电压试验和绝缘电阻试验；温度800℃条件下，持续15min后仍可满足外部绝缘包覆层完好不破损，可通过交流300v/5min耐电压试验和绝缘电阻试验；温度500℃条件下，工作时间≥100h，即持续100h后仍可满足外部绝缘包覆层好不破损，可通过交流300v/5min耐电压试验和绝缘电阻试验；热防护能力能够满足运载火箭一二级采用热分离热冲刷环境和飞行段热辐射环境使用要求。
26.本发明的电缆采用耐高温芯线，无碱玻璃纤维套管，实现防热一体化，电缆生产阶段同步实现热防护同步集成，电缆整体热防护能力强，能够适应火箭一二级采用热分离热冲刷环境和飞行段长时间热辐射的综合热环境使用要求，实现电缆交付火箭总装后无需开展防热包覆工作。
27.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，以及对于上述实施例一个或多个进行组合实施例，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改或组合，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种适用于运载火箭的防热一体化电缆，其特征在于，包括芯线，所述芯线采用绝缘和防热一体化设计；套管，所述套管套设在所述芯线外侧，所述套管用于约束芯线外形，且增加电缆使用过程的耐磨性能。2.根据权利要求1所述的一种适用于运载火箭的防热一体化电缆，其特征在于所述芯线由内而外包括导体、耐高温绝缘层、绝缘粘接剂和防湿耐磨层。3.根据权利要求2所述的一种适用于运载火箭的防热一体化电缆，其特征在于所述耐高温绝缘层包括云母缠绕层和石英丝层，所述云母缠绕层致密的缠绕在所述导体外侧，形成对所述导体的完整包覆，所述云母缠绕层外绑扎有石英丝层。4.根据权利要求3所述的一种适用于运载火箭的防热一体化电缆，其特征在于所述绝缘粘接剂为高温绝缘漆层，所述高温绝缘漆层均匀涂覆在所述石英丝层外侧，所述高温绝缘漆由改性有机硅和硅酮绝缘漆混合制成。5.根据权利要求4所述的一种适用于运载火箭的防热一体化电缆，其特征在于所述防湿耐磨层为聚四氟乙烯薄膜层，所述防湿耐磨层用于防止所述云母缠绕层受潮，同时提升所述电缆的耐磨性能。6.根据权利要求5所述的一种适用于运载火箭的防热一体化电缆，其特征在于所述套管采用无碱玻璃纤维制成。7.根据权利要求6所述的一种适用于运载火箭的防热一体化电缆，其特征在于还包括屏蔽层，所述屏蔽层设置于所述绝缘粘接剂和防湿耐磨层之间，用于屏蔽所述芯线产生的信号。8.根据权利要求4所述的一种适用于运载火箭的防热一体化电缆，其特征在于所述改性有机硅在250
°
以上的温度时，热分解形成二氧化硅，集附在硅酮绝缘漆表面，形成致密的整体用于所述芯线抵抗高温。

技术总结
本发明涉及一种适用于运载火箭的防热一体化电缆，属于电缆热防护结构设计领域；包括耐高温防热一体化芯线、无碱玻璃纤维绝热套管，电缆芯线采用耐高温芯线，提升电缆自身热环境适应能力，电缆芯线束外侧套无碱玻璃纤维套管，实现电缆芯线束保形，提升电缆使用过程中耐磨能力。本发明成功解决了某两型运载火箭的二级底部和三级底部电缆热防护问题，同时达到了热防护结构一体化、结构轻量化、高可靠性的要求。的要求。的要求。


技术研发人员：李文杰 朱亮聪 向长征 匡东政 杨勇
受保护的技术使用者：上海宇航系统工程研究所
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/6