CN101722687A - 用于高超音速飞行器热防护系统的金属合金盖板 - Google Patents
用于高超音速飞行器热防护系统的金属合金盖板 Download PDFInfo
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Abstract
用于高超音速飞行器热防护系统的金属合金盖板，它涉及一种用于高超音速飞行器的金属合金盖板。本发明的目的是解决现有陶瓷热防护结构强度低、脆性大、耐冲击性差，容易破坏、结构易吸潮、飞行前进行防水处理和与主体结构的相容性差的问题。下层板与蜂窝体固接，蜂窝体的每个蜂窝胞元为正六边形，每个蜂窝胞元内填充有装在外壳内的相变材料，蜂窝体与上层板固接，蜂窝体、上层板和下层板的材料为Ni基高温合金、Fe基高温合金、Ni－Fe基高温合金、Co基高温合金或Nb基高温合金。本发明用于飞行高度在30千米到100千米，飞行速度在3马赫数到15马赫数的一次性或可重复使用的高超声速飞行器的热防护。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高超音速飞行器的金属合金盖板。
背景技术
高超音速飞行器研究在往返途中表面与空气摩擦产生的高温，并受到微小的陨石、太空碎片等的超高速撞击，以及近地大气层雨水的腐蚀等等考验。为了克服经受这些考验，热防护系统的保护是十分必要的。
目前，各国采用较多的是第三代热防护系统：陶瓷热防护结构，但其强度低、脆性大、耐冲击性差、非常容易破坏，而且结构易吸潮。所以在每次飞行前都要进行费时费力的防水处理，并且与主体结构的相容性差。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有陶瓷热防护结构强度低、脆性大、耐冲击性差、容易破坏、结构易吸潮、飞行前进行防水处理和与主体结构的相容性差的问题，提出了一种用于高超音速飞行器热防护系统的金属合金盖板。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述金属合金盖板包括蜂窝体、上层板和下层板、相变材料和外壳，所述下层板的上表面与蜂窝体的下表面固接，所述蜂窝体的每个蜂窝胞元为正六边形，每个正六边形蜂窝胞元内填充有装在外壳内的相变材料，所述蜂窝体与相变材料及外壳组合构成蜂窝层，所述蜂窝体的上表面与上层板的下表面固接，所述蜂窝体、上层板和下层板的材料均为Ni基高温合金、Fe基高温合金、Ni-Fe基高温合金、Co基高温合金或Nb基高温合金，所述相变材料为Al-Si合金，所述外壳为Al2O3时，所述相变材料为Al-Si合金，所述外壳为SiO2、ZrO2或Al2O3时，所述相变材料为LiF。
本发明具有以下有益效果：1.本发明结构强度高、质量轻、韧性好不易破坏、不吸潮、与主体结构相容性好、可拆卸、防水性好且维护维修成本低。2.本发明中的蜂窝体结构，在轻质的基础上能有效保证热防护结构的强度和可靠性，且为填充相变材料提供了条件的同时也为热量向相变材料的传输提供了条件。3.蜂窝体与上层板和下层板固接后，每个蜂窝胞元与上层板和下层板之间形成小空间，将装在外壳内的相变材料可靠地固定在这个空间内，保证了热防护系统的可靠性。本发明用于飞行高度在30千米到100千米，飞行速度在3马赫数到15马赫数的一次性或可重复使用的高超声速飞行器的热防护。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图，图2是图1的A-A剖视图，图3是图1的B部放大图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的金属合金盖板包括蜂窝体1、上层板2和下层板3、相变材料4和外壳6，所述下层板3的上表面与蜂窝体1的下表面固接，所述蜂窝体1的每个蜂窝胞元1-1为正六边形，每个正六边形蜂窝胞元1-1内填充有装在外壳6内的相变材料4，所述蜂窝体1与相变材料4及外壳6组合构成蜂窝层5，所述蜂窝体1的上表面与上层板2的下表面固接，所述蜂窝体1、上层板2和下层板3的材料均为Ni基高温合金、Fe基高温合金、Ni-Fe基高温合金、Co基高温合金或Nb基高温合金，所述外壳6为Al2O3时，所述相变材料4为Al-Si合金，所述外壳6为SiO2、ZrO2或Al2O3时，所述相变材料4为LiF，其中金属合金盖板的使用温度为600-1000℃；
每个蜂窝胞元1-1内填充装在外壳6内的相变材料4，当温度上升到或高于相变材料相变温度时，相变材料4吸收热量发生相变，该金属合金盖板温度在相变材料4相变过程中不发生大于20℃的变化，相变材料4相变完成后金属合金盖板才继续升温；飞行器表面停止加热后，金属合金盖板温度低于相变材料4相变温度时，相变材料4发生逆向相变，放出热量。相变材料4的工作原理使得热防护系统在飞行器表面加热时更多热量滞留在热防护系统中，减小向飞行器机体的传递，与未填充相变材料的热防护系统相比，该结构更薄更轻，从而提供更大的有效载荷或舱体空间。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的每个正六边形蜂窝胞元1-1的壁厚为0.05-0.1mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的蜂窝体1的高度为2-20mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的每个正六边形蜂窝胞元1-1的边长为2-10mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的上层板2的厚度为0.1-0.4mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的下层板2的厚度为0.1-0.4mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的下层板3的上表面与蜂窝体1的下表面固接的形式为焊接。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的蜂窝体1的上表面与上层板2的下表面固接的形式为焊接。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
工作原理：首先采用高温真空钎焊的工艺把蜂窝体1和下层板3连接成一个整体，然后在每个蜂窝胞元1-1内填充装在外壳6内的相变材料4，再一次采用高温真空钎焊工艺把蜂窝体1与上层板2连接，从而得到填充相变材料的高超音速飞行器用金属合金蜂窝盖板典型结构。
Claims (8)
1.一种用于高超音速飞行器热防护系统的金属合金盖板，其特征在于所述金属合金盖板包括蜂窝体(1)、上层板(2)、下层板(3)、相变材料(4)和外壳(6)，所述下层板(3)的上表面与蜂窝体(1)的下表面固接，所述蜂窝体(1)的每个蜂窝胞元(1-1)为正六边形，每个正六边形蜂窝胞元(1-1)内填充有装在外壳(6)内的相变材料(4)，所述蜂窝体(1)与相变材料(4)及外壳(6)组合构成蜂窝层(5)，所述蜂窝体(1)的上表面与上层板(2)的下表面固接，所述蜂窝体(1)、上层板(2)和下层板(3)的材料均为Ni基高温合金、Fe基高温合金、Ni-Fe基高温合金、Co基高温合金或Nb基高温合金，所述外壳(6)为Al2O3时，所述相变材料(4)为Al-Si合金，所述外壳(6)为SiO2、ZrO2或Al2O3时，所述相变材料(4)为LiF。
2.根据权利要求1所述用于高超音速飞行器热防护系统的金属合金盖板，其特征在于所述每个正六边形蜂窝胞元(1-1)的壁厚为0.05-0.1mm。
3.根据权利要求1或2所述用于高超音速飞行器热防护系统的金属合金盖板，其特征在于所述蜂窝体(1)的高度为2-20mm。
4.根据权利要求3所述用于高超音速飞行器热防护系统的金属合金盖板，其特征在于每个正六边形蜂窝胞元(1-1)的边长为2-10mm。
5.根据权利要求4所述用于高超音速飞行器热防护系统的金属合金盖板，其特征在于所述上层板(2)的厚度为0.1-0.4mm。
6.根据权利要求3所述用于高超音速飞行器热防护系统的金属合金盖板，其特征在于所述下层板(2)的厚度为0.1-0.4mm。
7.根据权利要求1所述用于高超音速飞行器热防护系统的金属合金盖板，其特征在于所述下层板(3)的上表面与蜂窝体(1)的下表面固接的形式为焊接。
8.根据权利要求1所述用于高超音速飞行器热防护系统的金属合金盖板，其特征在于所述蜂窝体(1)的上表面与上层板(2)的下表面固接的形式为焊接。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103395230A (zh) * | 2013-07-09 | 2013-11-20 | 哈尔滨工程大学 | 镍钛形状记忆合金蜂窝板及其制备方法 |
| CN109600964A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-04-09 | 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 | 散热膜层及具有该散热膜层的显示装置 |
| CN109941423A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-28 | 西北工业大学 | 一种用于高超声速飞行器的模块化多功能防热结构 |
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