一种固体发动机3D打印药柱等静压致密成型方法与流程

一种固体发动机3d打印药柱等静压致密成型方法
技术领域
1.本发明涉及固体火箭发动机领域，涉及一种固体发动机3d打印药柱等静压致密成型方法。


背景技术：

2.固体推进剂是导弹系统的主要结构件和能源材料，其能量水平和结构完整性决定着导弹武器的射程和工作可靠性。当前固体发动机装药是通过浇注成型，药柱形状取决于芯模形状。受限于拔模工艺，当前装药通常采用相对简单的圆管形或者星形结构，无法实现复杂结构装药成型，继而难以实现固体发动机内弹道的多样化。采用3d打印技术可突破现有装药技术的约束，实现多燃速复杂构型固体药柱的打印成型，但是由于打印工艺及高粘度药浆限制，推进剂难以通过自身的流动以及重力作用实现致密成型。因此，3d打印固体药柱高致密成型方法的研究对于推动3d打印技术在固体推进剂的应用起着重要的作用。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种固体发动机3d打印药柱等静压致密成型方法，实现多燃速复杂构型装药的高致密成型，从根本上解决了3d打印高固含量固体药柱存在较多孔隙导致药柱致密度不高引起的结构完整性以及燃烧等问题。
4.本发明解决技术的方案是：一种固体发动机药柱等静压致密成型装置，该装置包括支撑工装、壁面工装、隔膜、顶盖、测压接嘴、液压泵、发动机壳体、底座；
5.发动机壳体一端与底座固定连接，另一端与顶盖固定连接，形成中空腔体结构；
6.壁面工装，为中空柱状结构，紧贴发动机壳体内壁；
7.支撑工装，用于支撑待固化成型异型药柱，与待固化成型异型药柱一起位于壁面工装内；
8.顶盖与发动机壳体之间设有开口向上的隔膜，隔膜覆盖在待固化成型异型药柱内孔表面，并与药柱表面紧密贴合，顶盖中部设有一通孔，通孔上连接测压接嘴，测压接嘴与液压泵连接；测压接嘴将液压泵中的加压介质引入隔膜内，排出隔膜与药柱之间的空气，并对待固化成型异型药柱加压成型。
9.优选地，所述隔膜选择橡胶材料，其厚度为0.5mm～4mm。
10.优选地，所述待固化成型异型药柱为3d打印药柱，药柱的固含量超过90％。
11.优选地，所述顶盖与发动机壳体之间设有密封圈，隔膜位于紧贴发动机壳体端面，密封圈压在隔膜上，顶盖压在密封圈上。
12.优选地，所述介质压力的取值范围是：10～50mpa，保压时间一般不小于2h。
13.优选地，所述加压介质的温度不超过70℃，温度变化范围不超过5℃。
14.本发明的另一个技术方案是：一种固体发动机药柱等静压致密成型方法，该方法包括如下步骤：
15.s1、将待固化成型异型药柱与支撑工装装配到位，使待固化成型异型药柱保持竖
直状态；
16.s2、将待固化成型异型药柱与支撑工装放置在底座上，并装入壁面工装；
17.s3、将步骤s2所得到的装配组件，装入发动机壳体中；
18.s4、将隔膜覆盖在药柱内孔表面，并与药柱表面紧密贴合，向隔膜加入一定温度的加压介质，并排出隔膜与药柱之间的空气；
19.s5、将顶盖与发动机壳体密封连接，通过测压接嘴连接液压泵，分级逐步提高介质压力，每一级压力条件下，保压一定的时间。
20.优选地，所述加压介质为水或油。
21.优选地，所述介质压力的取值范围是：10～50mpa，保压时间一般不小于2h。
22.优选地，所述加压介质的温度不超过70℃，温度变化范围不超过5℃。
23.本发明与现有技术相比的有益效果是：
24.(1)可以实现高固含量固体装药致密成型，高固含量推进剂是提高材料密度比冲的重要途径，可以有效提升固体发动机能量性能；
25.(2)可以获得高装填、低应力异型装药构型。基于3d打印技术可以实现高固含量推进剂不同燃速、不同药柱结构的装药成型，基于本发明，将解决致密成型难题，使得3d打印高装填、低应力装药构型的实现成为可能。
附图说明
26.图1为本发明实施例固体发动机3d打印固体药柱等静压成型示意图。
27.其中，1-测压接嘴、2-顶盖、3-发动机壳体、4-壁面工装、5-6固体药柱、7-支撑工装、8-隔膜、9-加压介质。
具体实施方式
28.下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
29.以下将结合附图对本发明的一种固体发动机3d打印药柱等静压致密成型方法作进一步的详细描述。
30.本发明提供了一种固体发动机药柱等静压致密成型装置，该装置包括支撑工装7、壁面工装4、隔膜8、顶盖2、测压接嘴1、液压泵、发动机壳体3、底座；
31.发动机壳体3一端与底座固定连接，另一端与顶盖2固定连接，形成中空腔体结构；
32.壁面工装4，为中空柱状结构，紧贴发动机壳体3内壁；
33.支撑工装7，用于支撑待固化成型异型药柱，与待固化成型异型药柱一起位于壁面工装4内；
34.顶盖2与发动机壳体3之间设有开口向上的隔膜8，隔膜8覆盖在待固化成型异型药柱内孔表面，并与药柱表面紧密贴合，顶盖2中部设有一通孔，通孔上连接测压接嘴1，测压接嘴1与液压泵连接；测压接嘴1将液压泵中的加压介质引入隔膜8内，排出隔膜与药柱之间的空气，并对待固化成型异型药柱加压成型。
35.优选地，所述隔膜选用具有较大的延伸率和一定的强度的材料，包括但不限于橡胶材料，其厚度一般为0.5mm～4mm。
36.优选地，所述待固化成型异型药柱为3d打印药柱，药柱的固含量超过90％。
37.优选地，所述顶盖2与发动机壳体3之间设有密封圈，隔膜8位于紧贴发动机壳体3端面，密封圈压在隔膜8上，顶盖2压在密封圈上。
38.优选地，所述介质压力的取值范围是：10～50mpa，保压时间一般不小于2h。
39.优选地，所述加压介质的温度不超过70℃，温度变化范围不超过5℃。
40.基于上述装置，本发明还提供了一种固体发动机药柱等静压致密成型方法，该方法包括如下步骤：
41.s1、将待固化成型异型药柱与支撑工装7装配到位，使待固化成型异型药柱保持竖直状态；
42.s2、将待固化成型异型药柱与支撑工装7放置在底座上，并装入壁面工装4；
43.s3、将步骤s2所得到的装配组件，装入发动机壳体3中；
44.s4、将隔膜8覆盖在药柱内孔表面，并与药柱表面紧密贴合，向隔膜加入一定温度的加压介质9，并排出隔膜与药柱之间的空气；
45.s5、将顶盖2与发动机壳体3密封连接，通过测压接嘴1连接液压泵，分级逐步提高介质压力，每一级压力条件下，保压一定的时间。
46.优选地，所述加压介质9为水或油。
47.优选地，所述介质压力的取值范围是：10～50mpa，保压时间一般不小于2h。
48.优选地，所述加压介质的温度不超过70℃，温度变化范围不超过5℃。
49.实施例：
50.为了提高成型效率，可以将直径相同，内孔相通的多种不同长度的待固化成型异型药柱拼接在一起成型。如图1所示，本实施例中，
51.固体发动机3d打印药柱等静压致密成型过程包含了测压接嘴1、顶盖2、发动机壳体3、壁面工装4、支撑工装7、隔膜8、加压介质9等工装及辅助材料。
52.为了达到上述目的，本发明提供了一种固体发动机3d打印药柱等静压致密成型方法，包括如下步骤：
53.a.基于固体发动机内弹道设计，获得理想药型(理想药型可以是多燃速复杂构型)。通过3d打印成型工艺获得相应的固体药柱，本实施例中，获得两个药柱，分别为第一固体药柱5、第二固体药柱6，第一固体药柱5、第二固体药柱6的固含量高且构型任意，燃速种类任意，但是直径相同。
54.b.将3d打印获得的第二固体药柱6与支撑工装装配到位，第一固体药柱5放置在第二固体药柱6上方，第一固体药柱5、第二固体药柱6的内孔联通；支撑工装7需要根据打印药柱的构型进行适应性调整。
55.c.将异形药柱与支撑工装配合装入壁面工装，并进行轴向定位；
56.d.将c中所述的装配组件，装入发动机壳体中；
57.支撑工装7、壁面工装4以及发动机壳体3的尺寸可以任意，根据药柱设计需要进行适应性调整。
58.e.将隔膜覆盖在药柱内孔表面，并与药柱表面紧密贴合，向隔膜加入一定温度的加压介质(水或油)，并排出隔膜与药柱之间的空气；
59.f.安装顶盖，确保隔膜边缘越过密封圈，以保证加压介质不会污染打印药柱，通过测压接嘴连接液压泵，分级逐步提高介质压力，按需保压一定的时间。
60.加压介质的温度不超过70℃，必要时可以进行循环处理以保证温度相对恒定，本实施例中，为58℃～62℃，同时可以将整个发动机进行保温，实现加压固化和热固化。
61.等静压的压力根据发动机药柱尺寸进行针对性的调节，压力范围在10～50mpa，保压时间一般不小于2h。依据经验大尺寸的压力给大一点，尺寸小的压力给小一点。
62.按照上述方法，本实施例已经完成了95％固含量3d打印固体药柱的等静压致密成型，并完成ct检测，测试结果表明药柱内部致密无缺陷。
63.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种固体发动机药柱等静压致密成型装置，其特征在于包括支撑工装(7)、壁面工装(4)、隔膜(8)、顶盖(2)、测压接嘴(1)、液压泵、发动机壳体(3)、底座；发动机壳体(3)一端与底座固定连接，另一端与顶盖(2)固定连接，形成中空腔体结构；壁面工装(4)，为中空柱状结构，紧贴发动机壳体(3)内壁；支撑工装(7)，用于支撑待固化成型异型药柱，与待固化成型异型药柱一起位于壁面工装(4)内；顶盖(2)与发动机壳体(3)之间设有开口向上的隔膜(8)，隔膜(8)覆盖在待固化成型异型药柱内孔表面，并与药柱表面紧密贴合，顶盖(2)中部设有一通孔，通孔上连接测压接嘴(1)，测压接嘴(1)与液压泵连接；测压接嘴(1)将液压泵中的加压介质引入隔膜(8)内，排出隔膜与药柱之间的空气，并对待固化成型异型药柱加压成型。2.根据权利要求1所述的一种固体发动机药柱等静压致密成型装置，其特征在于所述隔膜选择橡胶材料，其厚度为0.5mm～4mm。3.根据权利要求1所述的一种固体发动机药柱等静压致密成型装置，其特征在于：所述待固化成型异型药柱为3d打印药柱，药柱的固含量超过90％。4.根据权利要求1所述的一种固体发动机药柱等静压致密成型装置，其特征在于：所述顶盖(2)与发动机壳体(3)之间设有密封圈，隔膜(8)位于紧贴发动机壳体(3)端面，密封圈压在隔膜(8)上，顶盖(2)压在密封圈上。5.根据权利要求1所述的一种固体发动机药柱等静压致密成型方法，其特征在于所述介质压力的取值范围是：10～50mpa，保压时间一般不小于2h。6.根据权利要求1所述的一种固体发动机药柱等静压致密成型方法，其特征在于所述加压介质的温度不超过70℃，温度变化范围不超过5℃。7.基于权利要求1所述装置的一种固体发动机药柱等静压致密成型方法，其特征在于包括如下步骤：s1、将待固化成型异型药柱与支撑工装(7)装配到位，使待固化成型异型药柱保持竖直状态；s2、将待固化成型异型药柱与支撑工装(7)放置在底座上，并装入壁面工装(4)；s3、将步骤s2所得到的装配组件，装入发动机壳体(3)中；s4、将隔膜(8)覆盖在药柱内孔表面，并与药柱表面紧密贴合，向隔膜加入一定温度的加压介质(9)，并排出隔膜与药柱之间的空气；s5、将顶盖(2)与发动机壳体(3)密封连接，通过测压接嘴(1)连接液压泵，分级逐步提高介质压力，每一级压力条件下，保压一定的时间。8.根据权利要求7所述的一种固体发动机药柱等静压致密成型方法，其特征在于所述加压介质(9)为水或油。9.根据权利要求7所述的一种固体发动机药柱等静压致密成型方法，其特征在于所述介质压力的取值范围是：10～50mpa，保压时间一般不小于2h。10.根据权利要求5所述的一种固体发动机药柱等静压致密成型方法，其特征在于所述加压介质的温度不超过70℃，温度变化范围不超过5℃。

技术总结
本发明涉及一种固体发动机药柱等静压致密成型装置和方法：首先获得预固化的高固含量异型药柱；然后依据药型将配套的支撑工装装配到位；再将带支撑工装的药柱装入壁面工装，并移入发动机壳体；将具有一定强度和延伸率的隔膜覆盖在药柱内孔表面，并于隔膜腔体最低处通入特定温度的液体，排出隔膜与药柱之间的空气，实现隔膜与药柱内壁面的紧密贴合；安装顶盖，确保隔膜边缘越过密封圈，实现药柱与液体的完全阻隔；最后通过测压接嘴连接液压泵，分级逐步提高腔体压力，实现加压固化和热固化。本发明可以实现多燃速复杂药型3D打印固体药柱的高致密成型，从根本上解决了3D打印高固含量固体药柱致密度不高引起的结构完整性以及燃烧等问题。燃烧等问题。燃烧等问题。


技术研发人员：黄江流 何快 陈建发 席斌彬 陶婧
受保护的技术使用者：上海新力动力设备研究所
技术研发日：2022.12.26
技术公布日：2023/5/16