一种大面积柔性热防护材料装配工装及方法

技术领域

本发明属于功能复合材料热防护装配领域，更具体的，涉及一种可重复使用飞行器大面积柔性热防护材料装配工装及方法。

背景技术

为了抵抗可重复使用飞行器飞行过程中的热环境影响，保证可重复使用飞行器安全可靠返回及重复使用性能，某型号重复使用飞行器使用大面积可压缩变形的柔性隔热毡材料作为背风面的热防护系统，各个部位的柔性热防护结构外形均为三维异形结构，柔性热防护材料通过耐高温胶粘剂粘接装配至飞行器的复合材料蒙皮表面，并且柔性热防护材料的粘接装配需在一定的压力作用下完成固化才能保证足够粘接强度。柔性热防护粘接装配时通常采用抽真空加压，然而飞行器复合材料蒙皮及结构件间往往存在大量间隙、孔、口等特征，导致漏气，无法实现采用抽真空加压的方式实现粘接固化。而柔性热防护材料粘接固化过程的加压力大小和方向控制是确保热防护系统粘接装配可靠性的重要保证。

发明内容

本申请解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种大面积柔性热防护材料装配工装及方法，解决柔性热防护材料粘接装配加压固化等问题，实现柔性热防护粘接装配加压力定量化、可视化控制，保证粘接强度及热防护飞行过程使用的可靠性。

本申请提供的技术方案如下：

一种大面积柔性热防护材料装配工装，包括装配平台，以及连接于装配平台的热防护加压装置，热防护加压装置包括位置调节组件和加压调节组件；

加压调节组件包括依次连接的滑动组件、摆动组件、压力微调组件、压力传感器、连接杆、球头压盘和压板，滑动组件通过位置调节组件连接于装配平台，摆动组件用于带动压板进行水平和竖直方向的调节，压力微调组件用于调节压板压紧柔性热防护的压力，压力传感器用于测量压板的压力，连接杆与球头压盘之间球铰接；

位置调节组件用于调节滑动组件的水平和竖直方向的位置。

所述摆动组件包括横向摆臂和纵向摆臂，横向摆臂一端水平竖直连接于滑动组件，横向摆臂的另一端与纵向摆臂的一端水平转动连接，纵向摆臂另一端连接压力微调组件；横向摆臂与滑动组件之间设置有用于调节横向摆臂转动的水平调节组件，纵向摆臂与横向摆臂之间设置有用于调节纵向摆臂转动的纵向调节组件。

所述水平调节组件包括横向连杆和横向调节杆，横向连杆的一端与横向摆臂竖直转动连接、另一端与端部连接件竖直转动连接，端部连接件转动连接于横向调节杆的端部，水平的横向调节杆通过螺纹与滑动组件连接。

所述纵向调节组件包括高度调节杆、纵向连杆和支座，支座固定连接于横向摆臂，高度调节杆螺纹连接于横向摆臂，纵向连杆的一端与纵向摆臂水平转动连接、另一端与上连接座水平转动连接，高度调节杆与上连接座转动连接，高度调节杆转动带动纵向连杆的端部竖直移动。

所述压力微调组件主螺杆、转动螺母组件,主螺杆沿自身轴线方向滑动连接于摆动组件，转动螺母组件套设于主螺杆外且与摆动组件转动连接，主螺杆远离摆动组件的端部与压力传感器连接。

所述连接杆包括连接法兰、球头压杆、矩形弹簧和弹簧导向座，压力传感器通过连接法兰与弹簧导向座连接，球头压杆插设于弹簧导向座内，矩形弹簧连接于弹簧导向座和球头压杆之间，用于给球头压杆朝向柔性热防护方向的弹力，球头压盘球铰接于球头压杆远离弹簧导向座的端部。

所述弹簧导向座靠近连接法兰的一端的内侧为限位孔，限位孔孔径大于弹簧导向座内孔孔径，球头压杆插入弹簧导向座内的端部设置有直径大于弹簧导向座内孔孔径的限位部，限位部位于限位孔内。

所述位置调节组件包括上横梁、下横梁、锁紧螺杆、滑块、支撑丝杆，装配平台设置有多个支撑竖梁，上横梁和下横梁的两端均连接滑块，上横梁和下横梁通过滑块竖直滑动连接于支撑竖梁，锁紧螺杆用于将滑块与支撑竖梁之间锁紧，滑动组件水滑动连接于上横梁，上横梁位于下横梁上方，下横梁上水平滑动连接有调节块，支撑丝杠竖直穿过调节块并与调节块螺纹连接，支撑丝杠的顶部位于滑动组件的下方。

所述装配平台的底部连接驻地机构和滚动滑轮，驻地机构为长度可调节的结构，驻地机构伸长，滚动滑轮远离地面，驻地机构支撑地面，装配平台固定于地面，驻地机构缩短，滚动滑轮接触地面，装配平台可通过滚动滑轮在地面移动。

一种大面积柔性热防护材料装配方法，使用上述任一所述的一种大面积柔性热防护材料装配工装进行装配，包括：

S：柔性热防护装配至飞行器；

S：移动装配平台至柔性热防护旁边，通过调节位置调节组件，使柔性热防护加压装置正对柔性热防护；

S：通过摆动组件，调节压板的角度，以使压板对准柔性热防护；

S：通过压力微调组件调整压板与柔性热防护之间的施加接触压力导设定压力，进行加压固化；

S：重复S-S，装配下一处热防护。

综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：

设计了三维异形柔性热防护材料粘接装配柔性加压工装，可以实现加压力多角度，定量化、可视化控制，提出了大面积柔性热防护装配方法，实现不同部位的热防护柔性加压装配，保证热防护粘接可靠性。

附图说明

图1所示为柔性热防护装配工装。

图2所示为柔性热防护加压装置。

图3所示为加压调节组件的剖视图。

图4所示为加压调节组件的立体结构示意图。

图5所示为柔性热防护装配工艺流程。

附图标号说明：1、热防护加压装置；2、驻地机构；3、支撑竖梁；4、装配平台；5、防撞条；6、滚动滑轮；7、飞行器蒙皮；8、柔性热防护；

9、上横梁；10、下横梁；11、锁紧螺杆；12、加压调节组件；13、滑块；14、支撑丝杆；15、压板；16、球头压盘；17、球头压杆；18、矩形弹簧；19、弹簧导向座；20、主螺杆；21、转动螺母组件；22、纵向摆臂；23、高度调节杆；24、纵向连杆；25、支座；26、滑动组件；27、横向摆臂；28、连接法兰；29、压力传感器；30、横向连杆；31、横向调节杆。

具体实施方式

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

飞行器蒙皮7构成飞行器的气动外形，是厚度为3mm的碳纤维复合材料成型的蒙皮结构。柔性热防护8为柔性隔热毡材料，通过胶粘剂粘接装配至飞行器表面，并在一定压力作用下完成固化，大量的柔性隔热毡拼接式粘接装配形成热防护系统。柔性热防护8粘接到飞行器蒙皮7外侧。

本申请实施例公开一种大面积柔性热防护材料装配工装，用于重复使用飞行器热防护系统装配，如图1所示，包括：热防护加压装置1、驻地机构2、支撑竖梁3、装配平台4、防撞条5、滚动滑轮6。装配平台4连接多个支撑竖梁3，装配平台4的底部连接驻地机构2和滚动滑轮6。防撞条5连接于装配平台4朝向飞行器蒙皮的一侧。热防护加压装置1连接于支撑竖梁3之间。热防护加压装置1用于将柔性热防护8站接到粘接到飞行器蒙皮7外侧的过程中对柔性热防护加压，以保证其在粘接过程中稳定的定量加压。

滚动滑轮6为4个安装至装配平台4下方的滚动装置，可以在水平地面沿任意方向滚动。驻地机构2为热防护装配工装焊接于装配平台4的下方，为一种可上下升降的调整机构，调整驻地机构2伸长，装配平台的滚动滑轮6远离地面，支撑驻地机构支撑地面并锁紧，支撑竖梁3和装配平台4固定于地面；调整驻地机构缩短，滚动滑轮6接触地面，装配平台4可通过滚动滑轮6在地面移动。

支撑竖梁3为装配平台的主承力梁，为方钢结构，焊接至装配平台上下框架，支撑高度方向的装配平台承重，水平方向承受热防护加压装置1施加压力时的反向作用力。

装配平台4为人员装配操作时的工作平台，为轻质铝合金结构，四周安装有安全防护栏，其内侧面为与飞行器外形配合的随形结构。

防撞条5为柔性可压缩的泡沫，安装至装配平台4的随形侧，防止使用时碰撞损伤飞行器。

如图2所示，热防护加压装置1为大面积热防护材料粘接至飞行器蒙皮的加压力控制调节装置，热防护加压装置1包括上横梁9、下横梁10、锁紧螺杆11、加压调节组件12、滑块13、支撑丝杆14和压板15。

上横梁9为柔性加压调节组件12的承力支撑结构，为方钢制成。上横梁10为柔性加压调节组件12的承力支撑结构，为方钢制成。加压调节组件12水平滑动连接于上横梁9。滑块13为安装至上横梁9、下横梁10两端的滑动装置，可以沿着支撑竖梁13上下移动位置，调整加压调节组件12的位置高度。锁紧螺杆11为锁紧结构，用于锁紧滑块13的移动，使滑块13固定于支撑竖梁3。

下横梁10上水平滑动连接有调节块，支撑丝杠14竖直穿过调节块并与调节块螺纹连接，支撑丝杠14的顶部位于加压调节组件12的下方。支撑丝杠14用于支撑调整加压调节组件12的位置高度。当上横梁9两端的锁紧螺杆11松开，转动支撑丝杠14，支撑丝杠14顶端推动柔性加压调节组件12和上横梁9一同上移，移动到位后，锁紧上横梁9两端的锁紧螺杆11，上横梁9与支撑竖梁3固定，实现对加压调节组件12高度的精确调节。

压板15连接于加压调节组件12，压板15为与柔性热防护直接接触施加压力的随形结构，为闭孔聚氨酯泡沫材料，可根据柔性热防护的大小和形状更换相应随形的压板15。

如图3所示，加压调节组件12包括球头压盘16、球头压杆17、矩形弹簧18、弹簧导向座19、主螺杆20、转动螺母组件21、纵向摆臂22、高度调节杆23、纵向连杆24、支座25、滑动组件26、横向摆臂27、连接法兰28、压力传感器29、横向连杆30和横向调节杆31。

滑动组件26安装至上横梁9上，可以沿着上横梁9左右移动位置，横向摆臂27竖直转动连接于滑动组件26，支座25固定连接于横向摆臂27上表面，纵向摆臂22水平转动连接于横向摆臂27远离滑动组件26的一端，纵向摆臂22上表面水平转动连接纵向连杆24的一端，纵向连杆24的另一端水平转动连接于上连接座，支座25螺纹连接有高度调节杆23，高度调节杆23的底部与上连接座转动连接。主螺杆20一端插设于纵向摆臂22中并与纵向摆臂22滑动连接，转动螺母组件21套设于主螺杆20外部、并与主螺杆20螺纹连接，且转动螺母组件21与纵向摆臂22转动连接。使得螺杆20与转动螺母组件21组成丝杠螺母结构，通过调整转动螺母组件21可以调整螺杆的移动施加机械压力。

具体的，纵向摆臂22为中间开有螺纹孔的结构，上端及左端通过销轴与纵向连杆24及横向摆臂27连接。高度调节杆23通过销轴与纵向连杆24连接，通过螺纹与支座25连接。通过调整高度调节杆23可以调整纵向摆臂22沿纵向摆动，从而调整压板与飞行器的接触方向，调整施加压力的方向。横向摆臂27通过不同销轴分别与滑动组件26及纵向摆臂22连接，可以相对于加压调节组件12水平摆动。

主螺杆20远离纵向摆臂22的端部通过压力传感器29与连接法兰28连接，压力传感器29安装至连接法兰28与螺杆20间，用于监测施加于柔性热防护8压力的大小。连接法兰28远离压力传感器29的端部与弹簧导向座19通过螺栓连接。弹簧导向座19为中空的套筒形状，球头压杆17的一端插设于弹簧导向座19内，矩形弹簧18套设于球头压杆17外壁，且矩形弹簧18的一端抵接于弹簧导向座19远离连接法兰28的端部，另一端连接于球头压杆17外壁。矩形弹簧18为压力传递弹簧，将螺杆20的压力缓慢施加至柔性热防护8。弹簧导向座19为矩形弹簧18导向及支撑结构。弹簧导向座19靠近连接法兰28的一端的内侧为限位孔，限位孔的直径大于弹簧导向座19内孔孔径，从而形成阶梯孔，球头压杆17插入弹簧导向座19内的端部设置有直径大于弹簧导向座19内孔孔径的限位部，限位部位于限位孔内，以保证限位部不会从限位孔内脱出。

球头压盘16通过球铰接连接于球头压杆17的端部，压板15通过螺钉连接安装至球头压盘16上。球头压盘16通过与球头压杆17端部的球形结构连接形成球铰接，可以任意调整压板15的方向和姿态。

如图4所示，横向连杆30的两端均通过销轴分别与横向摆臂27、端部连接件竖直转动连接，端部连接件转动连接于横向调节杆31的端部，水平的横向调节杆31通过螺纹与滑动组件26连接。调整横向调节杆31转动，带动横向摆臂27一起转动，进而可以整体调整压板15与飞行器水平方向的相对位置。

实现适应多曲率柔性热防护粘接加压定量、可视化控制，对提升可重复使用飞行器热防护系统装配技术水平，保障飞行器的重复使用具有重要意义。

装配方法包括：一、柔性热防护试配；二、柔性热防护装涂胶；三、柔性热防护装配至飞行器；四、调整装配平台、柔性热防护加压装置；五、调整角度对准柔性热防护；六、调整施加接触压力，加压固化；七、装配下一处热防护。

如图5所示为热防护装配工艺流程。

将柔性热防护与飞行器蒙皮装配位置进行试配→在柔性热防护装配面涂胶→柔性热防护粘接装配至飞行器蒙皮并临时固定→移动装配平台至装配区域，移动调整柔性热防护加压装置的高度、移动滑动组件水平位置至靠近被粘接柔性热防护，锁紧驻地机构固定热防护装配平台→转动横向调节杆调整加压组件水平摆动角度，转动高度调节杆调整螺杆纵向角度使压板位置与被粘接柔性热防护方向对准→调整转动螺母组件使压板逐渐接触柔性热防护并施加压力，监测传感器压力满足粘接工艺压力要求后保持，柔性热防护保持压力下完成固化→卸压力，按上述方法装配下一位置热防护。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

本申请说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。