一种液体火箭低温连接器表面涂层工艺及低温连接器

文档序号:1902724 发布日期:2021-11-30 浏览:15次 >En<

阅读说明:本技术 一种液体火箭低温连接器表面涂层工艺及低温连接器 (Surface coating process for low-temperature connector of liquid rocket and low-temperature connector ) 是由 赵立乔 辛健 陈腾 张亚民 韩宏茵 张信波 符亮 高珠珠 于 2021-07-27 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种液体火箭低温连接器表面涂层工艺及低温连接器。喷涂工艺包括:第一、提供低温连接器,对低温连接器表面进行洁净处理;第二、将特氟龙原料均匀喷涂在低温连接器的表面;第三、对低温连接器高温加热,使得熔融状态下的特氟龙原料与低温连接器粘接。与现有技术相比,该工艺具有设计合理,结构稳定,加注低温推进剂完毕后可方便连接器脱落等优点,有效的避免了低温推进剂导致的结冰现象,提高了连接器脱落的可靠性。(The invention discloses a surface coating process of a low-temperature connector of a liquid rocket and the low-temperature connector. The spraying process comprises the following steps: firstly, providing a low-temperature connector, and cleaning the surface of the low-temperature connector; secondly, uniformly spraying a Teflon raw material on the surface of the low-temperature connector; thirdly, heating the low-temperature connector at high temperature to enable the Teflon raw material in a molten state to be bonded with the low-temperature connector. Compared with the prior art, the process has the advantages of reasonable design, stable structure, convenience in falling off of the connector after the low-temperature propellant is filled, and the like, effectively avoids the icing phenomenon caused by the low-temperature propellant, and improves the falling reliability of the connector.)

一种液体火箭低温连接器表面涂层工艺及低温连接器

技术领域

本发明涉及液体火箭领域,特别涉及一种液体火箭低温连接器表面涂层工艺及低温连接器。

背景技术

随着航天产业的快速发展,火箭领域所涉及的各项技术也实现了突飞猛进。目前,火箭是将卫星发射至太空的主要运载工具,因此,持续降低火箭制造与发射成本是各大商业航天公司追逐的目标。

低温推进剂加注泄出连接器用于向箭上输送液氢、液氧、液态甲烷等液体推进剂介质,可以实现连接器与火箭液路接口的连接、密封和脱落等功能。由于液体火箭采用低温推进剂,使用时通道内的低温推进剂介质会导致连接器与火箭液路接口的结合部位结霜和结冰,特别是在低温推进剂加注完毕时,连接器与火箭液路接口的结合部冰层过厚会影响连接器的正常脱落,进而影响火箭测发流程。

因此,怎样提供一种设计合理,结构稳定,加注低温推进剂完毕后,可以方便连接器脱落,是目前所要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种液体火箭低温连接器表面涂层工艺及低温连接器,具有设计合理,结构稳定,加注低温推进剂完毕后,可以方便连接器脱落等优点。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

一种液体火箭低温连接器表面涂层工艺,主要步骤如下:

提供低温连接器,对低温连接器表面进行洁净处理;

将特氟龙原料均匀喷涂在低温连接器的表面;

对低温连接器高温加热,使得熔融状态下的特氟龙原料与低温连接器粘接。

在同一实施例中,所述对低温连接器表面进行洁净处理包括,通过有机溶剂对低温连接器表面进行洁净处理。

在同一实施例中,通过有机溶剂对低温连接器表面进行洁净处理后包括:对低温连接器进行加热处理使其表面的有机溶剂挥发;对低温连接器进行加热处理使其表面的有机溶剂挥发的温度为A,其中300℃≤A≤400℃。

在同一实施例中,将特氟龙原料均匀喷涂在低温连接器喷涂部位的表面前还包括:对低温连接器表面喷涂部位进行喷砂处理以使其表面变得粗糙。

在同一实施例中,所述对低温连接器表面喷涂部位进行喷砂处理以使其表面变得粗糙具体为:将40-70目的石英砂和170-180目的棕刚玉按2:1的比例配备,用高压气辅助将其喷射到低温连接器的喷涂部位,使低温连接器的表面粗糙度(Ra)达到2.0~3.5μm,并将低温连接器表面清理干净。

在同一实施例中,所述将特氟龙原料均匀喷涂在低温连接器喷涂部位的表面可以为湿法和干法的任意一种,其中,

湿法是用喷枪将特氟龙分散液原料喷在低温连接器需要喷涂部位表面;

干法是将粉状特氟龙原料由高压气从捕集器中吹出,形成均匀的云状喷雾,使其附着在低温连接器需要喷涂部位表面。

在同一实施例中,喷在低温连接器喷涂部位的涂层厚度为B,5μm≤B≤200μm。

在同一实施例中,采用湿法工艺后还包括:将喷有湿特氟龙涂层的低温连接器在烘炉中加热,其中加热温度为C,且60℃≤C≤100℃,加热时间为T,且2h≤T≤4h。

在同一实施例中,使得熔融状态下的特氟龙原料与低温连接器粘接的高温加热温度为D,其中360℃≤D≤400℃。

本发明的再一个方面提供了一种低温连接器,包含箭上接口结构和地面接口结构,所述地面接口结构包含第一连接体和设于所述第一连接体上的锁紧结构,所述锁紧结构的两端分别与所述箭上接口结构和所述第一连接体连接,所述箭上接口结构用于与箭上的管路连接,所述第一连接体用于与地面管路连接,以保证地面的低温推进剂介质输送至箭上,其中,

所述锁紧结构包含卡爪、销轴和压环,所述压环套设在所述第一连接体靠近所述箭上接口结构的一端,所述销轴贯穿所述压环和所述卡爪,所述卡爪配置为沿所述销轴表面自由转动以用于控制所述箭上接口结构与所述第一连接体的锁紧/分离,

所述箭上接口结构与所述第一连接体连接对接端的表面以及所述卡爪和所述压环分别设有特氟龙涂层,所述特氟龙涂层与所述箭上接口结构、所述地面接口结构、所述卡爪和所述压环表面紧贴;

所述特氟龙涂层用于减少所述箭上接口结构与所述第一连接体连接处结冰,从而在火箭内部冷却剂加注完毕后,保证所述箭上接口结构与所述地面接口结构安全分离。

与现有技术相比,本发明的实施例至少具有以下之一的优点:

第一、通过将特氟龙原料均匀喷涂在低温连接器的表面,可以减少低温连接器表面结冰,当低温推进剂加注完毕时,便于连接器与火箭管路脱落,进而有利于火箭的发射。

第二、通过对低温连接器高温加热,使得熔融状态下的特氟龙原料与低温连接器粘接,进而使得氟龙原料与低温连接器连接更加紧密,固定更加牢固。可以避免特氟龙涂层从低温连接器的表面脱落,提高连接器的可靠性。

第三、本申请实施例提供的连接器,优化了零部件结构,提高了生产效率。本发明只需通过在箭上接口结构与地面接口结构连接对接端的表面以及卡爪和压环分别设置特氟龙涂层,而特氟龙涂层具有不粘性(粘度低),低温稳定性好,从而可以在减少结冰现象的同时,也由于其低温稳定性避免了特氟龙涂层发生形变而影响使用效果,整个设计改进较小,不需要重新设计零部件。

应了解的是,上述一般描述及以下

具体实施方式

仅为示例性及阐释性的,其并不能限制本发明所欲主张的范围。

附图说明

附图1为本发明地面接口结构的结构简图;

附图2为本发明箭上接口结构的结构简图;

附图3为本发明低温连接器组件的结构简图;

附图4为本发明低温连接器组件的剖面图;

附图5为本发明外延部的结构简图;

附图6为本发明销轴的结构简图;

附图7为本发明的工艺流程图;

附图8为本发明特氟龙原料与低温连接器随温度变化的粘结度的示意图。

附图标记说明:

1箭上接口结构 2卡爪

3销轴 4压环

5地面接口结构 6涂层

7涂层结构 8外延体

9外延部

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神,任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后,当可由本发明内容所教示的技术,加以改变及修饰,其并不脱离本发明内容的精神与范围。

本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,但并不作为对本发明的限定。另外,在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等,并非特别指称次序或顺位的意思,也非用以限定本发明,其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语,例如:上、下、左、右、前或后等,仅是参考附图的方向。因此,使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等,均为开放性的用语,即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”,包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等,用以修饰任何可以微变化的数量或误差,但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言,此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20%,在部分实施例中可为10%,在部分实施例中可为5%或是其他数值。本领域技术人员应当了解,前述提及的数值可依实际需求而调整,并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论,以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

参见图7所示,本发明提供一种液体火箭低温连接器表面涂层工艺,主要步骤如下:

S1:提供低温连接器,对低温连接器表面进行洁净处理;

S2:将特氟龙原料均匀喷涂在低温连接器的表面;

S3:对低温连接器高温加热,使得熔融状态下的特氟龙原料与低温连接器粘接。

为了便于特氟龙原料的喷涂,减少杂质对特氟龙原料特性的影响,例如,当对低温连接器表面进行洁净处理时,可以通过有机溶剂对低温连接器表面进行洁净处理。有机溶剂可以是乙醇、丙酮、乙醚、苯乙烯等,在此不再一一举例说明。

在本实施例中,为了方便有机溶剂的挥发,例如,通过有机溶剂对低温连接器表面进行洁净处理后包括:对低温连接器进行加热处理使其表面的有机溶剂挥发。对低温连接器加热的温度可以是,270℃、300℃、330℃等,经过大量的实验数据得出,设低温连接器进行加热处理使其表面的有机溶剂挥发的温度为A,当满足300℃≤A≤400℃时,保证有机溶剂从低温连接器表面快速挥发。

需要说明的是,为了方便特氟龙原料均匀喷涂在低温连接器喷涂部位的表面,使得特氟龙原料附着在低温连接器上,例如,将特氟龙原料均匀喷涂在低温连接器喷涂部位的表面前还包括:对低温连接器表面喷涂部位进行喷砂处理以使其表面变得粗糙。对低温连接器表面喷涂部位进行喷砂处理以使其表面变得粗糙具体为:将40-70目的石英砂和170-180目的棕刚玉按2:1的比例配备,用高压气辅助将其喷射到低温连接器的喷涂部位,使低温连接器的表面粗糙度(Ra)达到2.0~3.5μm,并将低温连接器表面清理干净。

需要特别说明的是,为了方便特氟龙原料均匀喷涂,例如,将特氟龙原料均匀喷涂在低温连接器喷涂部位的表面可以为湿法和干法的任意一种。

以湿法进行说明,湿法是用喷枪将特氟龙分散液原料喷在低温连接器需要喷涂部位表面。具体的说,本实施例采用的湿法是用口径1.0~1.5mm的喷枪在0.2~0.3MPa的压力下将特氟龙分散液原料喷在低温连接器表面。喷枪与低温连接器表面的距离为20~30cm,喷枪与低温连接器零件表面呈90°平行运行,喷枪移动速度在30-60cm/s。通过调整湿法喷涂的参数,获得了连接更加致密、稳固的低温连接器涂层产品。此外,为了蒸发特氟龙分散液原料的液体介质,例如,当湿法工艺后还包括:将喷有湿特氟龙涂层的低温连接器在烘炉中加热,其中加热温度为C,且60℃≤C≤100℃,加热时间为T,且2h≤T≤4h。

现以干法进行说明,干法是将粉状特氟龙原料由高压气从捕集器中吹出,形成均匀的云状喷雾,使其附着在低温连接器需要喷涂部位表面。在干法喷涂的整个过程中,将喷枪接负极,待喷的零件接正极(接地),此时喷枪和零件之间形成了一个带静电的区域。通过反复试验可知,将静电喷枪电压调节至25~40kV之间,且用口径1.0~1.5mm的喷枪在0.08~0.12MPa的压力下将粉状特氟龙原料由压缩空气从捕集器中吹出,可以获得分散状态更好的粉状特氟龙原料。在粉状特氟龙原料通往喷枪喷嘴的途中经过带静电的区域,带上负电荷,由于微粒带同种电荷,它们在其飞行路线上互相排斥,形成均匀一致的云状喷雾。特氟龙粉料微粒受零件正电荷吸引,并附着于低温连接器需要喷涂部位上。与湿法喷涂不同,需要调节喷枪的参数,经过试验,喷枪与零件表面的距离为12~18cm,喷枪与低温连接器零件表面呈90°平行运行,且喷枪移动速度在10cm/s的情况下,粉装特氟龙的分散状态最好,电荷携带更均匀,同时在低温连接器的表面更加致密。

经过大量的实验得出,当喷在低温连接器喷涂部位的涂层厚度为B,且满足5μm≤B≤200μm时,不仅可以减少低温连接器表面结冰,而且保证低温连接器的密封性更加严谨。

如图8所示,使得熔融状态下的特氟龙原料与低温连接器粘接的高温加热温度为D,其中,当满足360℃≤D≤400℃时,可以保证特氟龙原料与低温连接器连接更加紧密,固定更加牢固(X轴代表温度,Y轴代表粘结度,即特氟龙原料与低温连接器粘接的牢固程度),且低温连接器出现形变概率低。

随着低温连接器长时间的使用,其表面上的特氟龙原料会因磨损而变薄甚至脱落,需要将变薄处的特氟龙原料清除及补涂。当变薄处面积小于4平方厘米时,应用切割刀将变薄处清理,露出低温连接器表面,之后可以应用湿法将特氟龙分散液原料喷在低温连接器需要喷涂部位(变薄处清理)表面,后续进行加热后,使得特氟龙原料与低温连接器粘接。当变薄处面积大于4平方厘米时,应用高温喷射枪对变薄处的特氟龙原料进行加热融化,之后应用干法向低温连接器需要喷涂部位表面喷涂粉状特氟龙原料,后续进行加热使得特氟龙原料与低温连接器粘接。

使得熔融状态下的特氟龙原料与低温连接器粘接之后,将低温连接器放置冷温环境(温度在-220℃至-196℃之间),通过观察低温连接器表面特氟龙原料的伸长率判断产品质量。当特氟龙原料伸长率(原料分子的直径)小于5%时,认定低温连接器镀膜(特氟龙原料粘接在低温连接器所需要喷涂部位)合格。

本发明的再一个方面提供了本发明的再一个方面提供了一种低温连接器,如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示,该低温连接器组件包含箭上接口结构1和地面接口结构5,地面接口结构5包含第一连接体和设于第一连接体上的锁紧结构,锁紧结构的两端分别与箭上接口结构1和第一连接体连接,箭上接口结构1用于与箭上的管路连接,第一连接体用于与地面管路连接,以保证地面的低温推进剂介质输送至箭上。锁紧结构包含卡爪2、销轴3和压环4,压环4套设在第一连接体靠近箭上接口结构1的一端,销轴3贯穿压环4和卡爪2,卡爪2配置为沿销轴3表面自由转动以用于控制箭上接口结构1与第一连接体的锁紧/分离。箭上接口结构1与第一连接体连接对接端的表面以及卡爪2和压环4分别设有特氟龙涂层,特氟龙涂层与箭上接口结构1、第一连接体、卡爪2和压环4表面紧贴。

特氟龙涂层用于减少箭上接口结构1与第一连接体连接处的结冰现象,当火箭内部冷却剂加注完毕后,以保证所述箭上接口结构与所述地面接口结构安全分离。

需要说明的是,对低温连接器零件表面除喷涂部位外,采取表面防护措施,特别是密封部位。可以使用专用护罩或美纹纸防护非喷涂部位。

请参阅图1和图3所示,本发明的实施例提供了一种低温连接器的地面接口结构,包含第一连接体和设于第一连接体上的锁紧结构,第一连接体为两端相通且内部设有供低温推进剂流通的通道,锁紧结构设置在第一连接体的周向外表面,用于将第一连接体与箭上接口连接的箭上连接体连接,以便将地上的低温推进剂输送至箭上。

第一连接体用于连接箭上连接体的一端设有用于减少第一连接体表面结冰的涂层7。

为了减少第一连接体表面结冰,例如,涂层7为特氟龙涂层,同时为了保证特氟龙涂层与第一连接体紧密连接,固定牢固,例如,特氟龙涂层热塑至第一连接体的表面。

另外,锁紧结构包含卡爪2、销轴3和压环4,压环4套设在第一连接体外侧且与第一连接体连接,卡爪2通过销轴3固定在压环4上,且卡爪2沿销轴3的周向表面自由转动,用于控制第一连接体与箭上连接体的锁紧与分离。

需要指出的是,为了避免水汽在卡爪2上结冰,而影响卡爪2的使用(结冰后固定,不能转动),例如,卡爪2表面设有特氟龙涂层。

本发明的另一个方面提供了一种低温连接器的箭上接口结构,如图2、图3、图4和图5所示,包含第二连接体和外延体8,外延体8凸出地设置在第二连接体周向外表面且靠近低温连接器的地面接口结构一侧,第二连接体为两端相通且内部设有供低温推进剂流通的通道,第二连接体和外延体8靠近地面接口结构的一端设有用于减少第二连接体表面结冰的涂层结构6。

需要注意的是,为了方便第二连接体与箭上管路固定,例如,第二连接体远离外延体8的一端(即与外延体8相反的一端)还设有外延部9,外延部9沿第二连接体周向表面凸出设置且与第二连接体固定连接,外延部9用于与箭上管路连接,外延部9的设计可以增加与箭上管路的接触面积,方便两者连接。

特别需要指出的是,为了方便低温推进剂的输送,例如,第二连接体为两端相通的圆柱体结构。此外,为了便于与卡爪配合,方便卡爪的打开,例如,沿外延体8的轴向方向相截外延体8形成的上下边线延长连接后为等腰梯形。其中,等腰梯形的长边靠近地面接口结构5的一侧,短边远离地面接口结构5的一侧,卡爪的打开时,只需沿销轴做较小的转动(例如,转动较小的弧度),进而方便地面接口结构与箭上接口结构1分离。

另外,在实际应用时,为了使得外延体8与第二连接体连接紧密,固定牢固,例如,外延体8与第二连接体一体成型。此外,涂层结构6为通过热塑方式设置的特氟龙涂层。进一步需要说明的是,为了使得涂层结构6与第二连接体表面连接更加紧密,固定更加牢固,例如,外延体8和第二连接体表面设有配合固定涂层结构6的波纹结构,波纹结构的设计可以增加外延体8和第二连接体表面与涂层结构6的接触面积,在采用热塑方式连接时,可以有效防止涂层结构6脱落,进而减少结冰(少量的结冰不影响连接器的分离),方便连接器脱落,进而有利于火箭的发射。

在本发明中,特氟龙涂层在低温连接器的应用具有以下性能:1、不粘性:涂层表面有极低的表面张力,因而表现出极强的不粘性。2、滑动性:特氟龙涂层有较低的摩擦系数,负载滑动时摩擦系数产生变化,但数值仅在0.05-0.15之间。3、低温稳定性:特氟龙涂层能忍受严酷的绝对零度而不损失机械特性,可在低达-240℃温度下使用。4、耐腐蚀性:特氟龙涂层能够承受除了熔融的碱金属,氟化介质以及高于300℃氢氧化钠之外的所有强酸(包括王水)、强氧化剂、还原剂和各种有机溶剂的作用,可以保护零件免于遭受任何种类的化学腐蚀。且特氟龙包含PTFE、FEP、PFA、ETFE等类型。

与现有技术相比,本发明至少具有以下之一的优点:

第一、通过将特氟龙原料均匀喷涂在低温连接器的表面,可以减少低温连接器表面结冰,当低温推进剂加注完毕时,便于连接器与火箭管路脱落,进而有利于火箭的发射。

第二、通过对低温连接器高温加热,使得熔融状态下的特氟龙原料与低温连接器粘接,进而使得氟龙原料与低温连接器连接更加紧密,固定更加牢固。可以避免特氟龙涂层从低温连接器的表面脱落,提高连接器的可靠性。

第三、本申请实施例提供的连接器,优化了零部件结构,提高了生产效率。本发明只需通过在箭上接口结构与地面接口结构连接对接端的表面以及卡爪和压环分别设置特氟龙涂层,而特氟龙涂层具有不粘性(粘度低),低温稳定性好,从而可以在减少结冰现象的同时,也由于其低温稳定性避免了特氟龙涂层发生形变而影响使用效果,整个设计改进较小,不需要重新设计零部件。

整个工艺具有设计合理,结构稳定,减少结冰现象的产生,加注低温推进剂完毕后,可以方便连接器脱落等优点。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,在不脱离本发明的构思和原则的前提下,任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改,均应属于本发明保护的范围。

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