一种具备自动复位功能的复合材料易碎盖及其制备方法
阅读说明：本技术 一种具备自动复位功能的复合材料易碎盖及其制备方法 (Composite material frangible cover with automatic reset function and preparation method thereof ) 是由 徐澧明 贾米芝 林楠 王坤 徐志明 张点 蔡登安 周光明 于 2021-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具备自动复位功能的复合材料易碎盖及其制备方法,属于导弹发射及防护技术领域,本发明的易碎盖包括：法兰框、薄弱区、子盖和功能区；薄弱区为根据承载需求部分割断其经纱或纬纱的区域；功能区包含承载层和功能层,其中承载层承受载荷,功能层使子盖具有翻折大变形、防脱落和回弹复位的功能。本发明的易碎盖,在导弹发射时,子盖可在功能区发生翻折大变形为导弹让出前进通道,并在弹体出筒后子盖可自动回弹复位,是一种结构紧凑的具有防脱落和自动复位功能的新型易碎盖,广泛适用于对器材空间有严格要求的发射装置。(The invention discloses a composite material frangible cover with an automatic reset function and a preparation method thereof, belonging to the technical field of missile launching and protection, wherein the composite material frangible cover comprises the following components: the flange frame, the weak area, the sub-cover and the functional area; the weak area is an area which partially cuts off warp yarns or weft yarns according to the bearing requirement; the functional area comprises a bearing layer and a functional layer, wherein the bearing layer bears load, and the functional layer enables the sub-cover to have the functions of folding, large deformation, falling prevention and rebound resetting. According to the novel fragile cover with the functions of falling prevention and automatic reset, the sub cover can be folded and greatly deformed in the function area to give way to the advancing channel of the missile when the missile is launched, and can automatically rebound and reset after the missile body is discharged from the barrel, so that the novel fragile cover is compact in structure, has the functions of falling prevention and automatic reset, and is widely suitable for launching devices with strict requirements on equipment space.)
技术领域
本发明涉及一种具备自动复位功能的复合材料易碎盖及其制备方法，属于导弹发射及防护技术领域。
背景技术
导弹发射箱盖的设计是影响导弹快速反应能力的重要因素之一，在导弹贮存时发射箱内充有一定的惰性气体避免弹头电子元件受到腐蚀，箱盖需在一定的压差下保持气密性；在导弹发射时需满足快速发射条件。传统的导弹发射箱盖多为金属盖，其打开方式采用机械式开启或爆炸螺栓开启盖，其制作材料为金属。金属盖一般质量较大，不仅增加整体质量，还需要专门的传动机构和伺服控制机构，长期存放易产生故障，且两种开盖方式存在诸多问题，如机械盖开启时间长，而爆破盖存在维护成本高，维修复杂等。
复合材料具有轻质高强、耐腐蚀性好、可设计性强等优点，已被广泛应用于航空航天、车辆、医疗等领域。使用复合材料制备导弹发射箱盖可以很好的解决传统发射箱盖质量大、反应时间长、维护成本高等问题。
为提高导弹发射效率，满足部队快速作战要求，国内已有其他学者做过研究。国内的一种整体冲破式复合材料薄膜盖，利用导弹发射前引擎产生的气流冲击薄膜盖，薄膜盖以预定轨迹整体破坏。国内的定向抛出复合材料易碎盖，通过设置分离区和连体区，使易碎盖抛出体在气流的冲击下实现定向抛出。以上国内的两种易碎盖均有物体抛出，可能对操作人员及其他设备造成损伤，此类易碎盖对器材空间有严格要求的应用场景有极大的局限性。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种具备自动复位功能的复合材料易碎盖及其制备方法，本发明的易碎盖包括：法兰框、薄弱区、子盖和功能区；薄弱区为根据承载需求部分割断其经纱或纬纱的区域；功能区包含承载层和功能层，其中承载层承受载荷，功能层使子盖具有翻折大变形、防脱落和回弹复位的功能，解决了现有技术中的缺陷。
本发明是这样实现的：
一种具备自动复位功能的复合材料易碎盖，包括法兰框以及法兰框中间区域的子盖，其特征在于，所述的法兰框与子盖的连接处呈四边形，其中三边为薄弱区，一边为功能区；薄弱区是以割断铺层中纤维束的方式预制缺陷，应以控制其层数和根数来控制其强度，使之实现在一定范围内的载荷下不破坏，而在特定载荷下破坏。
所述的功能区包括承载层和功能层，承载层包含预制缺陷；承载层中同样以割断铺层中纤维束的方式预制缺陷，使其在特定载荷下破坏，实现功能区的刚度折减；在设计功能层时，其刚度较小，强度适中，以实现防脱落和自动复位功能。
功能层至下而上依次为隔离层、刚性连接层、柔性填充层和蒙皮层；其中隔离层为一层脱模布或聚酯薄膜，刚性连接层为一层或多层浸胶的纤维布铺层，柔性填充层为填充的硅橡胶，蒙皮层为柔性填充层上面覆盖的一层或多层纤维布铺层。脱模布使功能层和承载层不粘接，确保有足够的几何空间实现弯曲大变形；两层浸胶的纤维布刚度较小但强度较大，将子盖和法兰连接，实现防脱落功能；硅胶层进一步实现密封和增加回弹刚度；外层蒙皮保护硅胶层不受外部侵害。
易碎盖具有底面和顶面的区别，功能区中功能层对应的面为顶面，在安装时，易碎盖的底面朝发射筒内，顶面朝发射筒外，以确保导弹发射时顺利顶破，导弹出筒时，子盖旋转开盖，导弹出筒后，子盖自动复位。
导弹发射时，在弹头的顶破作用力下，薄弱区和功能区的承载层破坏，功能区的功能层发生弯曲大变形，子盖以功能区的中心线为轴旋转开盖；在导弹出筒后，子盖凭借功能区残余刚度(功能层刚度)自动复位，实现防脱落和发射后自动关盖功能。本发明的易碎盖采用的材料为高强玻璃纤维双向平纹布增强环氧树脂复合材料，铺层方式为[(0/90)/(±45)]n的准各向同性铺层，此铺层顺序可使易碎盖整体结构获得准各向同性的性能特点，从而获得薄弱区均匀稳定的承载性能。
进一步，俯视整个易碎盖，设定所述的功能区的中线为功能区中线；易碎盖在导弹的顶破力作用下，薄弱区发生断裂，功能区的刚度发生折减，产生弯曲大变形，子盖以功能区的功能区中线为轴发生旋转，为弹体让出前进通道，并在弹体作用力消失后，子盖凭借功能区的剩余刚度自动回弹复位，关闭发射筒。
进一步，所述的易碎盖在弹体的顶破力下，承载层在预制缺陷处发生断裂，实现功能区的刚度折减；功能层则设计为具有适中的刚度和相对较大的强度的铺层，功能层刚度低于法兰，子盖，和承载层，以实现其弯曲大变形、防脱落和自动回弹复位的功能。
进一步，所述的薄弱区和承载层预制缺陷均采用割断相应层数和数目的经纱或纬纱实现。
进一步，所述的薄弱区和功能区中承载层的强度由割断经纱或纬纱的数目调整，功能区中的功能层的刚度和强度由柔性填充层的厚度、刚性连接层中浸胶纤维布的层数和种类调整。
本发明还公开了一种具备自动复位功能的复合材料易碎盖的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)裁剪出所需尺寸和数量的高强玻璃纤维双向平纹布；
2)清理模具，准备橡胶垫，在橡胶垫上贴好聚酯塑料纸；
3)在橡胶垫上分别按预设的铺层顺序铺设所需厚度的承载层铺层和功能层铺层，并分别在两块板上画出薄弱区的位置、功能区的轮廓和中线；将承载层铺层设定为C板；将功能层铺层设定为G板；
4)在C板功能区的中心线位置割断预设层数和数目的纱线，并在功能区的轮廓内贴上一层脱模布或聚酯薄膜；
5)在G板上，将功能区轮廓内柔性填充层厚度的纤维布挖出，形成填充硅橡胶的凹槽；
6)以将G板覆盖在C板上，并以薄弱区的位置为标准对齐，将两板压实形成一个板，即形成为A板；
7)在A板薄弱区位置割断预设层数和数目的纱线，并在功能区的凹槽中填充液态硅橡胶；
8)常温固化3小时后，在子盖和功能区区域内铺上所需数目的纤维布，以使硅橡胶和空气隔离；
9)常温固化24小时，再加热50摄氏度固化5小时；
10)切割毛边、钻孔、打磨，制作完成。
本发明与现有技术的有益效果在于：
本发明设计的一种具备自动复位功能的复合材料易碎盖，易碎盖具有防脱落和自动关盖功能。本发明的的易碎盖具备防脱落和自动回弹复位功能，没有抛出体，克服了对周围人员和器材有潜在危险的缺点，同时子盖的自动回弹功能极大的节约了器材所需的空间，本发明的易碎盖广泛使用于对安全和空间有严格要求的应用场景。
本发明的易碎盖，在导弹发射时，子盖可在功能区发生翻折大变形为导弹让出前进通道，并在弹体出筒后子盖可自动回弹复位，是一种结构紧凑的具有防脱落和自动复位功能的新型易碎盖，广泛适用于对器材空间有严格要求的发射装置。
附图说明
图1为本发明一种具备自动复位功能的复合材料易碎盖的俯视图；
图2为本发明易碎盖中功能区细观结构示意图；
图3为本发明易碎盖中功能区的功能层弯曲示意图；
图4为本发明易碎盖顶破示意图；
其中，1-法兰框，2-薄弱区，3-子盖，4-功能区，5-功能区中线，6-预制缺陷，7-隔离层，8-刚性连接层，9-柔性填充层，10-蒙皮层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施中的一种具备自动复位功能的复合材料易碎盖，其制备过程包括以下步骤：
1)裁剪出17层400×400mm的高强玻璃纤维双向平纹布；
2)清理模具，准备橡胶垫，在橡胶垫上贴好聚酯塑料纸；
3)在橡胶垫上分别按[(0/90)/(±45)]4的铺层顺序铺设承载层铺层(C板)和功能层铺层(G板)，并分别在两块板上画出薄弱区的位置、功能区的轮廓和中线，其中薄弱区距板边缘50mm，功能区的宽度为20mm，长度为310mm，功能区的中间距板边缘50mm；
4)在C板功能区的中心线位置割断全部纱线，并在功能区的轮廓内贴上一层脱模布或聚酯薄膜；
5)在G板上，将功能区轮廓内的上面6层纤维布挖出，形成填充硅橡胶的凹槽；
6)将G板覆盖在C板上，并以薄弱区的位置为标准对齐，将两板压实形成一个板(A板)；
7)在A板薄弱区位置割断全部纱线，并在功能区的凹槽中填充703硅橡胶；
8)常温固化3小时后，在子盖和功能区区域内铺上1层纤维布，以使硅橡胶和空气隔离；
9)常温固化24小时，再加热50摄氏度固化5小时；
10)切割毛边、钻孔、打磨，制作完成。
按照本发明的方法制备的一种具备自动复位功能的复合材料易碎盖如图1～3所示，本发明的易碎盖包括法兰框1以及法兰框1中间区域的子盖3，其特征在于，所述的法兰框1与子盖3的连接处呈四边形，其中三边为薄弱区2，一边为功能区4；所述的功能区4包括承载层和功能层，承载层为垂直于功能层的若干预制缺陷6；功能层至下而上依次为隔离层7、刚性连接层8、柔性填充层9和蒙皮层10；其中隔离层7为一层脱模布或聚酯薄膜，刚性连接层8为一层或多层浸胶的纤维布铺层，柔性填充层9为填充的硅橡胶，蒙皮层10为柔性填充层9上面覆盖的一层或多层纤维布铺层。
在导弹的顶破力作用下，薄弱区2发生断裂，功能区4的刚度发生折减，产生弯曲大变形，子盖3以功能区4的中线5为轴发生旋转，为弹体让出前进通道，并在弹体作用力消失后，子盖3凭借功能区4的剩余刚度自动回弹复位，关闭发射筒。所述的功能区4分为承载层和功能层，其中承载层中设计预制缺陷6，在弹体的顶破力下，承载层在预制缺陷6处发生断裂，实现功能区的刚度折减；而功能层则设计为具有适中的刚度和相对较大的强度的铺层，以实现其弯曲大变形、防脱落和自动回弹复位的功能。
利用上述方法制备的一种具备自动复位功能的复合材料易碎盖在顶破试验中安装方式如图4所示，其中具有功能层的一面朝发射筒外。当弹头在作动筒的作用下顶向易碎盖时，易碎盖薄弱区断裂，功能区的承载层发生破坏，功能区刚度折减，功能层发生弯曲大变形，子盖旋转开盖。当弹体出筒后，子盖在功能层的刚性作用下回弹关盖。
以上所述仅是本发明的示例实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
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