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推力結(jié)構(gòu)是連接發(fā)動機(jī)與運(yùn)載器箭(彈)體的主承力構(gòu)件，其主要作用是將發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的集中推力通過推力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成均布推力，傳遞給運(yùn)載器主結(jié)構(gòu)，推動其飛行，是運(yùn)載器中必不可少的重要組成部分。
本文針對軟模輔助RTM工藝的技術(shù)關(guān)鍵，開展了碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料推力筒的設(shè)計與制備研究，主要進(jìn)行了復(fù)合材料推力筒的結(jié)構(gòu)形狀與鋪層設(shè)計，推力筒纖維預(yù)成型體的滲透率測試方法及影響因素分析和樹脂充模時間估算，復(fù)合材料推力筒的內(nèi)腔尺寸精度控制方法，結(jié)構(gòu)整體成型時界面纖維鋪層局部搭接增強(qiáng)方式，整體成型具有復(fù)雜型面的復(fù)合材料推力筒的模具設(shè)計與制備：
后，本文對復(fù)合材料推力筒軸向壓縮性能進(jìn)行了測試與分析。
復(fù)合材料推力筒結(jié)構(gòu)形狀與鋪層設(shè)計方面：
采用有限元分析和優(yōu)化設(shè)計相結(jié)合的方法，以復(fù)合材料推力筒在復(fù)雜載荷作用下的承載能力和變形情況為優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)，設(shè)計出具有高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的復(fù)合材料推力筒。
終設(shè)計的復(fù)合材料推力筒為錐形體結(jié)構(gòu)，其大端直徑為1500mm，小端直徑為950mm，筒高為590mm，由大小端法蘭，12個主承力支柱，1個環(huán)向加強(qiáng)筋和帶24個大開口的筒壁四部分構(gòu)成，能夠承受1000kN的軸壓載荷和87kN的橫向載荷的共同作用。
根據(jù)復(fù)合材料推力筒的承載特點(diǎn)，復(fù)合材料推力筒母線方向采用12k T700碳纖維無緯帶鋪層，環(huán)向采用3kT300碳纖維平紋布，當(dāng)二者的鋪層體積比為4:1時，結(jié)構(gòu)具有佳的承載能力。
復(fù)合材料推力筒固化工藝條件方面：
比較系統(tǒng)地研究了復(fù)合材料推力筒纖維預(yù)成型體的滲透率測試方法及其影響因素，測試出了用于估算樹脂充模時間的碳纖維預(yù)成型體滲透率。
為滿足RTM工藝樹脂注射系統(tǒng)的要求，復(fù)合材料推力筒樹脂基體采用雙酚F型環(huán)氧樹脂，該樹脂的大特點(diǎn)是室溫粘度只有雙酚A型環(huán)氧樹脂(典型的如E．51環(huán)氧樹脂)的14-17，且力學(xué)性能優(yōu)良；固化劑采用DETA(反應(yīng)活性較高)和DEPA(反應(yīng)活性較低)兩種固化劑混合使用，通過調(diào)整二者的配比，可以獲得不同適用期的樹脂配方。
在制備半尺寸復(fù)合材料推力筒縮比件中，二者的混合比例為2：
4(重量比)，其在4012時的樹脂適用期為18min。
雙酚F型環(huán)氧樹脂
DETA
DEPA體系澆鑄體的拉伸強(qiáng)度為66.0MPa，彎曲強(qiáng)度為102.0MPa，其性能介于雙酚F型環(huán)氧樹脂
DETA澆鑄體和雙酚F型環(huán)氧樹脂
DEPA澆鑄體之間。
經(jīng)DSC測試分析，雙酚F型環(huán)氧樹脂
DETA
DEPA復(fù)合固化劑體系的初始反應(yīng)溫度是22℃，高放熱峰溫度為75℃，高固化溫度為116℃，由此確定了復(fù)合材料推力筒固化工藝條件是，在模具內(nèi)的固化溫度為75℃，脫模后的后固化溫度為120℃。
復(fù)合材料推力筒內(nèi)徑尺寸精度控制方面：
在軟模輔助RTM工藝中，復(fù)合材料推力筒的內(nèi)徑尺寸精度由軟模控制。
由于軟模尺寸變化對溫度非常敏感，因此欲獲得高精度尺寸的復(fù)合材料推力筒，就需要精確控制軟模的膨脹量。
本文根據(jù)成型軟模與復(fù)合材料推力筒內(nèi)壁和纖維預(yù)成型體間的空間位置關(guān)系，結(jié)合軟模材料的熱膨脹壓力方程，運(yùn)用解析方法推導(dǎo)出軟模尺寸控制方程。
通過該方程來調(diào)整軟模的尺寸、膨脹壓力和膨脹量，從而達(dá)到控制推力筒內(nèi)腔尺寸精度的目的。
本文還對軟模輔助RTM工藝和普通RTM工藝制備出的復(fù)合材料試樣進(jìn)行了性能對比試驗，分析了軟模對試樣的厚度、纖維體積含量和力學(xué)性能的影響。
結(jié)果表明，按照該方程設(shè)計的軟模尺寸能夠滿足復(fù)合材料推力筒的尺寸精度設(shè)計要求，并且發(fā)現(xiàn)采用軟模輔助RTM工藝成型的復(fù)合材料試樣不僅纖維體積含量高，而且力學(xué)性能也高，對其顯微形貌的觀察發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部缺陷明顯減少，纖維層間結(jié)合緊密。
復(fù)合材料推力筒各部位因結(jié)構(gòu)形狀和位置不同，在承受外載時，在其界面間將存在剪切應(yīng)力作用，影響結(jié)構(gòu)的承載能力。
通過對復(fù)合材料推力筒主承力支柱、環(huán)向加強(qiáng)筋與筒壁界面間采用3kT300碳纖維平紋布進(jìn)行面搭接局部增強(qiáng)后，顯著降低了界面的剪切應(yīng)力。
剪切應(yīng)力由初的28MPa，下降并穩(wěn)定在20MPa，其碳纖維平紋布的小搭接寬度為10mm。
成型模具設(shè)計與制備及推力筒構(gòu)件制備方面：
根據(jù)軟模輔助RTM工藝制備技術(shù)的基本原理和復(fù)合材料推力筒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計并制備出了半尺寸復(fù)合材料推力筒縮比件成型模具。
成型模具主要由兩部分組成，成型復(fù)合材料推力筒外表面的玻璃鋼陰模和成型復(fù)雜內(nèi)表面的組合陽模。
其中組合陽模又由熱膨脹軟模和金屬剛性支撐體組成。
剛性支撐體一方面起支撐軟模形狀和輔助脫模的作用，另一方面可在其內(nèi)部安裝電加熱裝置，用以提供軟模膨脹所需要的溫度。
復(fù)合材料推力筒的外表面尺寸精度由剛性陰模控制，內(nèi)表面的尺寸精度由軟模控制。
根據(jù)此模具成功地制備出了半尺寸碳纖維
環(huán)氧復(fù)合材料推力筒縮比件。
推力筒各部位的結(jié)構(gòu)尺寸精度高，表觀性能佳，沒有普通RTM工藝在成型復(fù)雜復(fù)合材料構(gòu)件時經(jīng)常出現(xiàn)的表面富樹脂層堆積的問題，表明采用軟模輔助RTM工藝可以制備出高質(zhì)量的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
復(fù)合材料推力筒軸向壓縮性能考核方面：
對制備出的半尺寸復(fù)合材料推力筒縮比件進(jìn)行了軸向壓縮性能試驗。
當(dāng)測試的軸向壓縮載荷達(dá)到500kN時，結(jié)構(gòu)并未發(fā)生塌陷和失穩(wěn)破壞，有繼續(xù)承載能力。
通過測量軸向壓縮載荷下簡體軸向位移發(fā)現(xiàn)，各測試位置的簡體軸向位移不同，表明，推力筒結(jié)構(gòu)局部剛度不均勻；通過測量軸向壓縮載荷下主承力支柱縱向形變和環(huán)向加強(qiáng)筋周向形變可知，在相同的載荷下，主承力支柱只發(fā)生了壓縮變形，而環(huán)向加強(qiáng)筋的周向形變則比較復(fù)雜，既有拉伸形變，又有壓縮形變。
進(jìn)一步分析表明，引起主承力支柱和環(huán)向加強(qiáng)筋形變不一致的主要原因是主承力支柱的纖維鋪層不均勻，這不但影響了推力筒結(jié)構(gòu)局部剛度不均勻，而且還會影響其整體承載效率..……
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