一种飞行器用头部密封保护构件的制作方法

1.本发明涉及一种飞行器用热密封保护构件，具体涉及一种飞行器用头部密封保护构件。


背景技术：

2.飞行器在高速飞行过程中，头部会处于高温，高磨损的环境，通常头部位置会采用抗烧蚀的陶瓷复合材料头部保护构件进行保护，高速飞行器的头部保护构件需要保护飞行器在高速飞行时抗高温、抗摩擦，因此，对陶瓷复合材料头部保护构件的热密封性以及安装可行性具有极高的要求。
3.陶瓷复合材料头部保护构件一般为大尺寸薄壁复材件，通常采用cvi成型方法制备。由于cvi成型过程中，复材零件易出现变形等缺陷，现有头部保护构件，为了保证热密封性和零件变形控制，采用整体成型，导致安装空间全部集中到头部保护构件与飞行器机体之间，使头部保护构件与飞行器机体的连接较复杂、安装极其不便、成本较高，以及后期维修困难。


技术实现要素：

4.本发明的目的是解决现有陶瓷复合材料头部保护构件采用cvi整体成型，导致安装空间全部集中到头部保护构件与飞行器机体之间，使头部保护构件与飞行器机体的连接复杂、安装极其不便、成本较高，以及后期维修困难的技术问题，而提供一种飞行器用头部密封保护构件。
5.本发明的技术解决方案是：
6.本发明一种飞行器用头部密封保护构件，包括用于保护飞行器机体头部的头罩以及连接头罩和飞行器机体头部的金属连接件，其特殊之处在于：还包括可拆卸设置在头罩上端面的热密封组件；
7.所述热密封组件包括堵头、垫块和刚性隔热垫；
8.所述堵头包括堵头帽和设置在堵头帽底面中部的柱状凸台，且柱状凸台的外表面设有外螺纹；
9.所述垫块上端面设置有内径与堵头帽外径相适配的第一卡槽，中部设置有与柱状凸台的外螺纹相配合的第一螺纹孔；
10.所述柱状凸台通过螺纹连接插入到第一螺纹孔内，且堵头帽的底面和第一卡槽的槽底接触，堵头帽的外侧壁与第一卡槽的槽壁相贴合；
11.所述刚性隔热垫中部设置有第一圆孔，刚性隔热垫上端面设置有内径尺寸与垫块外径尺寸相适配的第二卡槽；
12.所述垫块设置在第二卡槽内，且垫块的底面与第二卡槽的槽底接触，垫块的外侧壁与第二卡槽的槽壁相贴合；
13.所述头罩上端面设置有第一安装槽和第二螺纹孔，第二螺纹孔位于第一安装槽
内，第二螺纹孔用于通过金属连接件连接飞行器机体头部；
14.所述刚性隔热垫设置在第一安装槽内，且刚性隔热垫的底面与第一安装槽的槽底接触，刚性隔热垫的外侧壁与第一安装槽的槽壁相贴合；所述第一螺纹孔、第一圆孔均与第二螺纹孔对应设置，用于金属连接件的安装和拆卸；
15.所述堵头、垫块和头罩均为陶瓷基复合材料。
16.进一步地，所述热密封组件还包括口盖；所述口盖上设置有内径尺寸与堵头帽外径适配的第二圆孔，柱状凸台的底端穿过第二圆孔和第一螺纹孔连接，且堵头帽的上端面与口盖的上端面齐平，垫块的上端面与口盖下端面贴合；所述头罩上设置有尺寸与口盖适配的第二安装槽，第一安装槽位于第二安装槽内，且该两者形成台阶结构；所述口盖设置在第二安装槽内。
17.进一步地，所述热密封组件还包括设置在刚性隔热垫上表面的柔性隔热垫；所述柔性隔热垫设置有内径与垫块外径相适配的第三圆孔，所述柔性隔热垫通过第三圆孔套装在垫块外围，垫块上部的外侧壁与第三圆孔内壁贴合，下部的外侧壁与第二卡槽的槽壁贴合；所述柔性隔热垫的上端面与口盖的下端面连接。
18.进一步地，所述口盖为陶瓷基复合材料；所述柔性隔热垫为陶瓷基复合材料。
19.进一步地，所述垫块与堵头帽通过陶瓷基复合材料螺钉连接，垫块与头罩通过陶瓷基复合材料销钉铆接。
20.进一步地，所述热密封组件还包括高温防松胶；高温防松胶填充在所述堵头的柱状凸台与第一螺纹孔之间。
21.进一步地，所述垫块的第一卡槽内设置有六等分螺纹孔，垫块与堵头通过陶瓷基复合材料螺钉与六等分螺纹孔连接，且相邻螺纹孔的距离为1mm。
22.进一步地，所述口盖通过陶瓷基复合材料螺钉和陶瓷基复合材料销钉铆接在第二安装槽内；所述垫块(2)通过陶瓷基复合材料销钉与刚性隔热垫(6)铆接连接；所述刚性隔热垫(6)与第一安装槽(41)槽底通过陶瓷基复合材料螺钉连接。
23.进一步地，所述堵头、垫块、口盖、柔性隔热垫和头罩均为耐高温1600
°
以上的陶瓷基复合材料；所述陶瓷基复合材料销钉和陶瓷基复合材料螺钉均为耐高温1600
°
以上的陶瓷基复合材料。
24.进一步地，所述柱状凸台为空心结构；所述垫块的底面位于第一螺纹孔外围设置环形台阶结构，环形台阶结构的下端外径小于上端外径。
25.与现有技术相比，本发明的优点在于：
26.1、本发明一种飞行器用头部密封保护构件，热密封组件设在飞行器机体头部与头罩的连接通道外侧的端面上，拆卸快捷灵活，垫块采用铆接固定在头罩上端面，大大增加密封组件的稳定性，同时具有定位作用，金属连接件需拆卸或安装时，仅需将堵头拆卸即可进行操作，本发明结构简单、紧凑、热密封可靠性高。
27.2、本发明一种飞行器用头部密封保护构件，垫块上设定六等分螺纹孔可以与堵头配合防松，并结合高温防松胶，大大消除在cvi后堵头与垫块配合的形位误差，使其最大误差控制在0.15mm，大大提高热密封性。
28.3、本发明一种飞行器用头部密封保护构件，口盖由陶瓷基复合材料螺钉以及陶瓷基复合材料销钉铆接的方式与头罩连接，与头罩形成台阶式配合间隙，极大的将热流进行
引导分解，形成隔热保护，堵头与垫块同样形成台阶式配合间隙，将热流成z字形分流，对内部与机体连接的金属连接件形成隔热保护，大大增加了飞行器的抗高温性能。
29.4、本发明一种飞行器用头部密封保护构件，由柔性隔热垫、刚性隔热垫、堵头、垫块共同保证其热密封性，刚性隔热垫不仅仅起隔热作用，同时设置安装垫块的卡槽，可保证垫块的精准定位。
附图说明
30.图1为本发明一种飞行器用头部密封保护构件实施例的结构示意图(示出飞行器机体头部)；
31.图2为本发明一种飞行器用头部密封保护构件实施例的爆炸图；
32.图3为本发明一种飞行器用头部密封保护构件实施例中堵头的结构示意图；
33.图4为本发明一种飞行器用头部密封保护构件实施例中垫块的结构示意图(下端面一侧)；
34.图5为本发明一种飞行器用头部密封保护构件实施例中垫块的结构示意图(上端面一侧)；
35.图6为本发明一种飞行器用头部密封保护构件实施例中刚性隔热垫的结构示意图(上端面一侧)；
36.图7为本发明一种飞行器用头部密封保护构件实施例中刚性隔热垫的结构示意图(下端面一侧)；
37.图8为本发明一种飞行器用头部密封保护构件实施例中头罩的结构示意图；
38.图9为本发明一种飞行器用头部密封保护构件实施例中口盖的结构示意图；
39.图10为本发明一种飞行器用头部密封保护构件实施例中柔性隔热垫的结构示意图；
40.图11为本发明一种飞行器用头部密封保护构件实施例在飞行过程中的热流导向图(箭头方向为热流方向)；
41.附图标记：
42.1-堵头，11-柱状凸台，12-堵头帽，13-堵帽螺纹孔；2-垫块，21-防松定位螺纹孔，22-第一螺纹孔，23-第一卡槽，24-销钉铆接孔；3-口盖；31-螺钉连接孔，33-第二圆孔；32-销钉铆接孔；4-头罩，41-第一安装槽，42-第二安装槽，43-第二螺纹孔；5-柔性隔热垫，51-第三圆孔；6-刚性隔热垫；61-第二卡槽，62-第一圆孔；7-飞行器机体头部。
具体实施方式
43.下面通过附图和实施例对本发明进行详细的说明。
44.本发明一种飞行器用头部密封保护构件，如图1和图2所示，包括用于保护飞行器机体头部7的头罩4、连接头罩4和飞行器机体头部的金属连接件和可拆卸设置在头罩4上端面的热密封组件。其中，热密封组件包括堵头1、垫块2、口盖3、柔性隔热垫5、高温防松胶和刚性隔热垫6。作为保护飞行器机体头部的密封组件，需处于高温服役环境，对热密封性能要求极高，因此，堵头1、垫块2、口盖3、头罩4和柔性隔热垫5均为耐高温1600
°
以上的陶瓷基复合材料，本发明结构的连接中所用到的陶瓷基复合材料销钉和陶瓷基复合材料螺钉也均
为耐高温1600
°
以上的陶瓷基复合材料。
45.堵头1的结构如图3所示，堵头1包括堵头帽12和设置在堵头帽12底面中部的柱状凸台11，且柱状凸台11的外表面设有外螺纹，柱状凸台11为空心结构。垫块2的结构如图4和图5所示，垫块2的上端面设置有内径与堵头帽12外径相适配的第一卡槽23，中部设置有与外螺纹相配合的第一螺纹孔22。堵头1的柱状凸台11通过螺纹连接插入到第一螺纹孔22内，插入到位后，堵头帽12的底面和第一卡槽23的槽底接触，堵头帽12的外侧壁与第一卡槽23的槽壁相贴合。垫块2与堵头帽12通过高温陶瓷基复合材料螺钉连接，垫块2与头罩4通过高温陶瓷基复合材料销钉铆接，为进一步保证密封性，在堵头1和垫块2连接安装后，再采用高温防松胶将堵头1和垫块2进一步进行加固密封连接。其中，垫块2的第一卡槽23内设置六等分螺纹孔，六等分螺纹孔即为沿周向设置在第一卡槽23内的六个防松定位螺纹孔21，垫块2与堵头1通过陶瓷基复合材料螺钉与六等分螺纹孔内进行连接，且相邻防松定位螺纹孔21的距离为1mm，由于复材在成品之前需要多次cvi沉积，堵头1与垫块2在对接时存在偏差，堵头1螺距设为1mm，使堵头1预紧后，堵头1上的堵帽螺纹孔13与垫块2最近的防松定位螺纹孔21采用陶瓷基复合材料螺钉连接，再采用高温防松胶填充在堵头1的柱状凸台11与第一螺纹孔22之间，使其在轴向的误差最大控制在0.15mm以内。此外，垫块2的底面位于第一螺纹孔22外围设置为环形台阶结构，环形台阶结构的下端外径小于上端外径，有利于减小整体的重量。
46.刚性隔热垫6的结构如图6和图7所示，刚性隔热垫6的中部设置有第一圆孔62，刚性隔热垫6的上端面设置有内径尺寸与垫块2外径尺寸相适配的第二卡槽61。其中，垫块2采用陶瓷基复合材料销钉穿过销钉铆接孔24与第二卡槽61铆接连接，且垫块2的底面与第二卡槽61的槽底接触，垫块2的外侧壁与第二卡槽61的槽壁相贴合；柱状凸台11的底端穿过第一螺纹孔22并与第二卡槽61的槽底保持1.5mm间距。
47.头罩4的结构如图8所示，头罩4的上端面设置有与刚性隔热垫6尺寸适配的第一安装槽41、第二螺纹孔43和尺寸与口盖3适配的第二安装槽42，第一安装槽41位于第二安装槽42内，且两者形成台阶结构，第二螺纹孔43位于第一安装槽41内，第二螺纹孔43用于通过金属连接件连接飞行器机体头部7，本实施例中金属连接件为六角螺钉。刚性隔热垫6通过陶瓷基复合材料螺钉安装固定在第一安装槽41内，且刚性隔热垫6的底面与第一安装槽41的槽底接触，刚性隔热垫6的外侧壁与第一安装槽41的槽壁相贴合；第一螺纹孔22、第一圆孔62均与第二螺纹孔43对应设置，用于金属连接件的安装和拆卸。
48.口盖3通过多个陶瓷基复合材料销钉和多个陶瓷基复合材料螺钉铆接在第二安装槽42内，防止头罩4变形的同时进一步保证紧固密封，安装时，确保各侧面的接触型面相贴合，防止产生缝隙，安装后多个陶瓷基复合材料销钉和多个陶瓷基复合材料螺钉分别沿周向排布，且多个陶瓷基复合材料销钉位于多个陶瓷基复合材料螺钉外围，口盖3上对应的多个螺钉连接孔31和销钉铆接孔32排布如图9所示。口盖3的结构如图9所示，口盖3上设置有内径尺寸与堵头帽12外径适配的第二圆孔33，安装时，柱状凸台11的底端穿过第二圆孔33和第一螺纹孔22连接，安装到位后，堵头1拧入到垫块2内，各接触型面紧密贴合，保证良好的密封性，同时，堵头帽12的上端面与口盖3的上端面齐平，垫块2的上端面与口盖3下端面贴合，垫块2的第一卡槽23内壁与堵头帽12下部的外侧壁紧密贴合，保证结构的密封性，为了进一步提高密封性，将口盖3设置在垫块2的上侧，并套装在堵头帽12上，使口盖3的第二
圆孔33内壁与堵头帽12的外侧壁上部紧密贴合。安装堵头1后安装柔性隔热垫5，为消除垫块2与复材头部保护机构的空间，将其安装在垫块2周围，位于刚性隔热垫6上表面，与垫块21端面紧密配合，柔性隔热垫5的结构如图10所示，柔性隔热垫5设置有内径与垫块2外径相适配的第三圆孔51，柔性隔热垫5通过第三圆孔51套装在垫块2外围，垫块2上部的外侧壁与第三圆孔51内壁贴合，垫块2下部的外侧壁与第二卡槽61的槽壁贴合，柔性隔热垫5的上端面与口盖3的下端面通过螺钉连接，柔性隔热垫5和刚性隔热垫6既能起到隔热的作用，还能双重确证结构的密封性，同时，刚性隔热垫6设计有用于垫块2安装的第二卡槽61，可将垫块2进行快速准确的定位安装。
49.传统结构中，陶瓷复合材料头部保护构件采用cvi整体成型，头部保护构件在安装、拆卸或维修时，需整体将头部保护构件整体进行安装或拆卸，需求的操作空间较大且安装空间全部集中到头部保护构件与飞行器机体之间，连接复杂，安装困难，而本发明结构中将头部保护构件中的头罩和热密封组件设计为可拆卸式，分步安装，操作简单方便，同时安装热密封组件时，操作空间位于头罩上方，操作空间宽敞，便于操作。在进行维修时，不需要将整体头部保护构件拆下，只需将堵头1拆下，即可安装或拆卸用于连接头罩与飞行器机体的金属连接件。本发明中堵头1、垫块2、口盖3、头罩4和柔性隔热垫5均由超高温陶瓷基复合材料制备，实现耐高温性。采用大口盖和堵头密封方式，大口盖可以保证安装金属连接机构即金属连接件有足够的空间，而堵头1的安装保证了拆卸的灵活性。
50.本发明飞行器用头部保护构件在飞行过程中的热流导向图如图11所示，本发明结构与飞行器机体头部安装后，使用时可形成台阶式配合间隙，极大的将热流进行引导分解，形成隔热保护，堵头1与垫块2同样形成台阶式配合间隙，将热流成z字形分流，对飞行器机体头部及内部金属连接件形成隔热保护，大大增加了飞行器的抗高温性能。

技术特征：
1.一种飞行器用头部密封保护构件，包括用于保护飞行器机体头部(7)的头罩(4)以及连接头罩(4)和飞行器机体头部(7)的金属连接件，其特征在于：还包括可拆卸设置在头罩(4)上端面的热密封组件；所述热密封组件包括堵头(1)、垫块(2)和刚性隔热垫(6)；所述堵头(1)包括堵头帽(12)和设置在堵头帽(12)底面中部的柱状凸台(11)，且柱状凸台(11)的外表面设有外螺纹；所述垫块(2)上端面设置有内径与堵头帽(12)外径相适配的第一卡槽(23)，中部设置有与柱状凸台(11)的外螺纹相配合的第一螺纹孔(22)；所述柱状凸台(11)通过螺纹连接插入到第一螺纹孔(22)内，且堵头帽(12)的底面和第一卡槽(23)的槽底接触，堵头帽(12)的外侧壁与第一卡槽(23)的槽壁相贴合；所述刚性隔热垫(6)中部设置有第一圆孔(62)，刚性隔热垫(6)上端面设置有内径尺寸与垫块(2)外径尺寸相适配的第二卡槽(61)；所述垫块(2)设置在第二卡槽(61)内，且垫块(2)的底面与第二卡槽(61)的槽底接触，垫块(2)的外侧壁与第二卡槽(61)的槽壁相贴合；所述头罩(4)上端面设置有第一安装槽(41)和第二螺纹孔(43)，第二螺纹孔(43)位于第一安装槽(41)内，第二螺纹孔(43)用于通过金属连接件连接飞行器机体头部(7)；所述刚性隔热垫(6)设置在第一安装槽(41)内，且刚性隔热垫(6)的底面与第一安装槽(41)的槽底接触，刚性隔热垫(6)的外侧壁与第一安装槽(41)的槽壁相贴合；所述第一螺纹孔(22)、第一圆孔(62)均与第二螺纹孔(43)对应设置，用于金属连接件的安装和拆卸；所述堵头(1)、垫块(2)和头罩(4)均为陶瓷基复合材料。2.根据权利要求1所述的一种飞行器用头部密封保护构件，其特征在于：所述热密封组件还包括口盖(3)；所述口盖(3)上设置有内径尺寸与堵头帽(12)外径适配的第二圆孔(33)，柱状凸台(11)的底端穿过第二圆孔(33)和第一螺纹孔(22)连接，且堵头帽(12)的上端面与口盖(3)的上端面齐平，垫块(2)的上端面与口盖(3)下端面贴合；所述头罩(4)上设置有尺寸与口盖(3)适配的第二安装槽(42)，第一安装槽(41)位于第二安装槽(42)内，且该两者形成台阶结构；所述口盖(3)设置在第二安装槽(42)内。3.根据权利要求2所述的一种飞行器用头部密封保护构件，其特征在于：所述热密封组件还包括设置在刚性隔热垫(6)上表面的柔性隔热垫(5)；所述柔性隔热垫(5)设置有内径与垫块(2)外径相适配的第三圆孔(51)，所述柔性隔热垫(5)通过第三圆孔(51)套装在垫块(2)外围，垫块(2)上部的外侧壁与第三圆孔(51)内壁贴合，下部的外侧壁与第二卡槽(61)的槽壁贴合；所述柔性隔热垫(5)的上端面与口盖(3)的下端面连接。4.根据权利要求3所述的一种飞行器用头部密封保护构件，其特征在于：所述口盖(3)为陶瓷基复合材料；所述柔性隔热垫(5)为陶瓷基复合材料。5.根据权利要求4所述的一种飞行器用头部密封保护构件，其特征在于：所述垫块(2)与堵头帽(12)通过陶瓷基复合材料螺钉连接，垫块(2)与头罩(4)通过陶
瓷基复合材料销钉铆接。6.根据权利要求5所述的一种飞行器用头部密封保护构件，其特征在于：所述热密封组件还包括高温防松胶；高温防松胶填充在所述堵头(1)的柱状凸台(11)与第一螺纹孔(22)之间。7.根据权利要求6所述的一种飞行器用头部密封保护构件，其特征在于：所述垫块(2)的第一卡槽(23)内设置有六等分螺纹孔，垫块(2)与堵头(1)通过陶瓷基复合材料螺钉与六等分螺纹孔连接，且相邻螺纹孔的距离为1mm。8.根据权利要求7所述的一种飞行器用头部密封保护构件，其特征在于：所述口盖(3)通过陶瓷基复合材料螺钉和陶瓷基复合材料销钉铆接在第二安装槽(42)内；所述垫块(2)通过陶瓷基复合材料销钉与刚性隔热垫(6)铆接连接；所述刚性隔热垫(6)与第一安装槽(41)槽底通过陶瓷基复合材料螺钉连接。9.根据权利要求8所述的一种飞行器用头部密封保护构件，其特征在于：所述堵头(1)、垫块(2)、口盖(3)、柔性隔热垫(5)和头罩(4)均为耐高温1600
°
以上的陶瓷基复合材料；所述陶瓷基复合材料销钉和陶瓷基复合材料螺钉均为耐高温1600
°
以上的陶瓷基复合材料。10.根据权利要求1-9任一所述的一种飞行器用头部密封保护构件，其特征在于：所述柱状凸台(11)为空心结构；所述垫块(2)的底面位于第一螺纹孔(22)外围设置环形台阶结构，环形台阶结构的下端外径小于上端外径。

技术总结
本发明涉及一种飞行器用热密封结构，具体涉及一种飞行器用头部密封保护构件。解决现有头部保护构件采用整体成型，导致安装空间全部集中到头部保护构件与飞行器机体之间，使头部保护构件与飞行器机体的连接复杂、安装不便、成本较高和维修困难的技术问题。本发明头部保护构件包括头罩、金属连接件和热密封组件；热密封组件包括堵头、垫块和刚性隔热垫；堵头包括堵头帽和柱状凸台；垫块上设置第一卡槽和第一螺纹孔；柱状凸台插入到垫块第一螺纹孔内，堵头帽与第一卡槽接触；刚性隔热垫设置第一圆孔和第二卡槽；垫块设置在第二卡槽内；头罩上设置第一安装槽和第二螺纹孔；刚性隔热垫设置在第一安装槽内；堵头、垫块和头罩均为陶瓷基复合材料。复合材料。复合材料。


技术研发人员：田录录 曹忠敏 陈旭 廖军刚 吴亚明 王佳民 成来飞
受保护的技术使用者：西安鑫垚陶瓷复合材料股份有限公司
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/6/28