CN108058809B - 一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构及加工方法 - Google Patents

一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构及加工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108058809B
CN108058809B CN201711449025.XA CN201711449025A CN108058809B CN 108058809 B CN108058809 B CN 108058809B CN 201711449025 A CN201711449025 A CN 201711449025A CN 108058809 B CN108058809 B CN 108058809B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
panel
connecting frame
connecting bolt
middle connecting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711449025.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108058809A (zh
Inventor
罗晓光
俞继军
邓代英
陈思员
艾邦成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Original Assignee
China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA filed Critical China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Priority to CN201711449025.XA priority Critical patent/CN108058809B/zh
Publication of CN108058809A publication Critical patent/CN108058809A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108058809B publication Critical patent/CN108058809B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C1/00—Fuselages; Constructional features common to fuselages, wings, stabilising surfaces or the like
    • B64C1/40—Sound or heat insulation, e.g. using insulation blankets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/14—Layered products comprising a layer of metal next to a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/18—Layered products comprising a layer of metal comprising iron or steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form
    • B32B3/02—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form characterised by features of form at particular places, e.g. in edge regions
    • B32B3/08—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar form; Layered products having particular features of form characterised by features of form at particular places, e.g. in edge regions characterised by added members at particular parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/02—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by a sequence of laminating steps, e.g. by adding new layers at consecutive laminating stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/04—Punching, slitting or perforating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/08—Interconnection of layers by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/002—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising natural stone or artificial stone
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/005—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B9/041—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B9/047—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material made of fibres or filaments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C1/00—Fuselages; Constructional features common to fuselages, wings, stabilising surfaces or the like
    • B64C1/40—Sound or heat insulation, e.g. using insulation blankets
    • B64C1/403—Arrangement of fasteners specially adapted therefor, e.g. of clips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/52—Protection, safety or emergency devices; Survival aids
    • B64G1/58—Thermal protection, e.g. heat shields
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/101—Glass fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/304—Insulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B32B2605/18—Aircraft
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40—Weight reduction

Abstract

一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构及加工方法，该防热结构包括：防热面板、上隔热层、中间连接框、下隔热层、冷结构面板、第一连接螺栓和第二连接螺栓；中间连接框和冷结构面板将下隔热层夹在中间，第一连接螺栓依次穿过中间连接框、下隔热层和冷结构面板，并紧固在一起；防热面板和上隔热层位于中间连接框上方且上隔热层夹在防热面板和中间连接框之间，第二连接螺栓依次穿过防热面板、上隔热层、中间连接框，与螺母及垫片配合，将防热面板、上隔热层和中间连接框紧固在一起，形成整体热防护结构；中间连接框上设置的第一连接螺栓和第二连接螺栓的安装孔交替布置。该结构可以有效消除热短路造成的“热点”现象。

Description

一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构及加工方法
技术领域
本发明属于航空航天飞行器非烧蚀热防护领域，具体涉及一种非烧蚀可重复使用非烧蚀热防护结构及加工方法，主要用于飞行器外壳的气动承载与气动热防护。
背景技术
由于关系飞行器的飞行安全，飞行器热防护技术是航空航天领域面向工程应用的关键技术。本发明的一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构主要用于高超声速航空航天飞行器头部、迎风大面积区域和体襟翼等高温部位的热防护。
现有可重复使用非烧蚀热防护结构主要采用防热面板加隔热材料的盖板式防热结构，防热面板与机身冷结构连接采用螺栓螺母或其它形式连接件的直接连接。由于连接件通常为高导热金属或陶瓷，易于造成传热短路，导致防热结构局部超温，形成“热点”。
发明内容
本发明的目的是，克服现有可重复使用非烧蚀防热结构的不足，提供一种用于航空航天高超声速飞行器的无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构及加工方法，将防热面板和机身冷结构与中间连接框连接，防热面板与机身冷结构之间不直接连通，从而消除了连接件热短路带来的防热失效。
本发明的技术解决方案是：
一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构，包括：防热面板、上隔热层、中间连接框、下隔热层、冷结构面板、第一连接螺栓和第二连接螺栓；
中间连接框和冷结构面板将下隔热层夹在中间，第一连接螺栓依次穿过中间连接框、下隔热层和冷结构面板，与螺母及垫片配合，将中间连接框、下隔热层和冷结构面板紧固在一起；防热面板和上隔热层位于中间连接框上方且上隔热层夹在防热面板和中间连接框之间，第二连接螺栓依次穿过防热面板、上隔热层、中间连接框，与螺母及垫片配合，将防热面板、上隔热层和中间连接框紧固在一起，形成整体热防护结构；中间连接框上设置的第一连接螺栓和第二连接螺栓的安装孔交替布置。
防热面板上用于安装第二连接螺栓的安装孔为锥形孔，第二连接螺栓穿过该锥形孔后，第二连接螺栓的端面与防热面板表面平齐。
中间连接框为回字形中空框架结构。
防热面板、中间连接框和第二连接螺栓的材料相同，采用陶瓷、C/SiC、C/C、C/C-SiC、钼基高温合金、铌基高温合金、铁基高温合金或者镍基高温合金。
第一连接螺栓的材料采用陶瓷、C/SiC、C/C、C/C-SiC、钼基高温合金、铌基高温合金、铁基高温合金或者镍基高温合金，与第二连接螺栓的材料相同或不同。
上隔热层和下隔热层的材料采用二氧化硅纤维隔热材料、氧化铝纤维隔热材料、莫来石纤维隔热材料、气凝胶隔热材料或者多孔碳隔热材料。
上隔热层和下隔热层选用相同材料或者不同材料。
冷结构面板材料选用铝合金、钛合金、玻璃纤维复合材料或碳纤维复合材料。
一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构的加工方法，步骤如下：
(1)根据使用环境选择外部非烧蚀防热面板的材料；
(2)根据飞行器外形要求完成防热面板外形加工并在防热面板连接部位加工锥形连接孔，面板厚度根据使用环境的温度和力学载荷确定；
(3)选择防热面板与中间连接框之间的第二连接螺栓的材料并加工；
(4)根据使用温度选择上隔热层材料；
(5)根据使用环境确定上隔热层厚度，加工安装孔；
(6)根据使用温度选择中间连接框材料；
(7)中间连接框为回字形中空框架结构，加工中间连接框，同时在中间连接框上加工第一连接螺栓和第二连接螺栓的安装孔；第一连接螺栓和第二连接螺栓的安装孔交替分布；
(8)根据中间连接框的使用温度选择第一连接螺栓材料，第一连接螺栓与中间连接框材料相同或者不同均可；
(9)加工中间连接框与冷结构面板之间的第一连接螺栓；
(10)根据中间连接框最高使用温度选择下隔热层材料；
(11)根据使用冷结构面板的温度约束条件确定下隔热层的厚度，加工安装孔；
(12)根据飞行器设计要求选择冷结构面板材料，加工安装孔；
(13)将第二连接螺栓穿过防热面板与上隔热层；第二连接螺栓穿过防热面板上的锥形孔后，第二连接螺栓的端面与防热面板表面平齐；
(14)将第一连接螺栓穿过中间连接框；
(15)通过与第二连接螺栓配合的螺母和弹簧垫圈，将防热面板、上隔热层和中间连接框紧固；
(16)第一连接螺栓穿过下隔热层和冷结构面板，通过与第一连接螺栓配合的螺母和弹簧垫圈，将下隔热层和冷结构面板固定在中间连接框上，完成热防护结构的组装。
防热面板、中间连接框和第二连接螺栓的材料相同，采用陶瓷、C/SiC、C/C、C/C-SiC、钼基高温合金、铌基高温合金、铁基高温合金或者镍基高温合金；第一连接螺栓的材料采用陶瓷、C/SiC、C/C、C/C-SiC、钼基高温合金、铌基高温合金、铁基高温合金或者镍基高温合金；
与第一连接螺栓和第二连接螺栓配合的螺母和弹簧垫圈采用刚性材料；
上隔热层和下隔热层的材料采用二氧化硅纤维隔热材料、氧化铝纤维隔热材料、莫来石纤维隔热材料、气凝胶隔热材料或者多孔碳隔热材料；上隔热层和下隔热层选用相同材料或者不同材料。
冷结构面板材料选用铝合金、钛合金、玻璃纤维复合材料或碳纤维复合材料。
本发明的优点在于：
(1)本发明的无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构将防热面板和机身冷结构与中间连接框连接，防热面板与机身冷结构之间不直接连通，从而消除了连接件热短路带来的防热失效。该结构可以有效消除热短路造成的“热点”现象，降低隔热材料厚度，减少防热结构质量并提高飞行器的综合效能。
(2)本发明适用于所有高超声速飞行器盖板式防热结构，其外部结构可以与现有防热结构保持完全一致，通过添加中间连接框实现传热路径的延长。同等条件下可以显著降低防热系统质量或防热结构厚度，提高飞行器的载荷效率和容积率。
(3)本发明中连接框结构可以容纳多层不同隔热材料且不需做特殊连接处理，可以进一步优化现有盖板式防热结构的多层隔热材料，提高防热结构隔热效率。
(4)本发明中的中间连接框结构采用双层螺栓、弹簧垫圈和螺母的连接设计，热膨胀容忍极限进一步升高，可以显著缓和高温环境造成的结构热应力。
附图说明
图1无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构的结构零件组成；
图2为防热面板锥形孔连接结构及局部加强结构；
图3为螺栓、垫片与螺母连接件；
图4为组合安装好后的无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构；
图5为应用实例中C/SiC无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构和C/SiC传统可重复使用非烧蚀热防护结构表面加载温度曲线对比；
图6为应用实例中C/SiC无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构和C/SiC传统可重复使用非烧蚀热防护结构表面连接螺栓温度响应曲线对比。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出了一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构，其特征在于包括：防热面板1、上隔热层2、中间连接框3、下隔热层4、冷结构面板5、第一连接螺栓10和第二连接螺栓11；
中间连接框3和冷结构面板5将下隔热层4夹在中间，第一连接螺栓10依次穿过中间连接框3、下隔热层4和冷结构面板5，与螺母及垫片配合，将中间连接框3、下隔热层4和冷结构面板5紧固在一起；防热面板1和上隔热层2位于中间连接框3上方且上隔热层2夹在防热面板1和中间连接框3之间，第二连接螺栓11依次穿过防热面板1、上隔热层2、中间连接框3，与螺母及垫片配合，将防热面板1、上隔热层2和中间连接框3紧固在一起，形成整体热防护结构，如图4所示。中间连接框3上设置的第一连接螺栓10和第二连接螺栓11的安装孔交替布置。
如图2、图3所示，防热面板1上用于安装第二连接螺栓11的安装孔为锥形孔，第二连接螺栓11穿过该锥形孔后，第二连接螺栓11的端面与防热面板1表面平齐。中间连接框3为回字形中空框架结构。
防热面板1、中间连接框3和第二连接螺栓11的材料相同，采用陶瓷、C/SiC、C/C、C/C-SiC、钼基高温合金、铌基高温合金、铁基高温合金或者镍基高温合金。第一连接螺栓10的材料采用陶瓷、C/SiC、C/C、C/C-SiC、钼基高温合金、铌基高温合金、铁基高温合金或者镍基高温合金，与第二连接螺栓11的材料相同或不同。
上隔热层2和下隔热层4的材料采用二氧化硅纤维隔热材料、氧化铝纤维隔热材料、莫来石纤维隔热材料、气凝胶隔热材料或者多孔碳隔热材料。上隔热层2和下隔热层4选用相同材料或者不同材料。
冷结构面板5材料选用铝合金、钛合金、玻璃纤维复合材料或碳纤维复合材料。
本发明防热结构将防热面板和机身冷结构与中间连接框连接，防热面板与机身冷结构之间不直接连通，从而消除了连接件热短路带来的防热失效。该结构可以有效消除热短路造成的“热点”现象，降低隔热材料厚度，减少防热结构质量并提高飞行器的综合效能。
本发明还提出了一种上述热防护结构的加工方法，步骤如下：
1、根据使用环境选择外部非烧蚀防热面板1的材料；
2、根据飞行器外形要求完成防热面板1外形加工并在防热面板1连接部位加工锥形连接孔，面板厚度根据使用环境的温度和力学载荷确定；
3、选择防热面板与中间连接框3之间的第二连接螺栓11的材料并加工；
4、根据使用温度选择上隔热层2材料；
5、根据使用环境确定上隔热层2厚度，加工安装孔；
6、根据使用温度选择中间连接框3材料；
7、中间连接框3为回字形中空框架结构，加工中间连接框3，同时在中间连接框3上加工第一连接螺栓10和第二连接螺栓11的安装孔；第一连接螺栓10和第二连接螺栓11的安装孔交替分布；
8、根据中间连接框3的使用温度选择第一连接螺栓10材料，第一连接螺栓10与中间连接框3材料相同或者不同均可；
9、加工中间连接框3与冷结构面板5之间的第一连接螺栓10；
10、根据中间连接框3最高使用温度选择下隔热层4材料；
11、根据使用冷结构面板5的温度约束条件确定下隔热层4的厚度，加工安装孔；
12、根据飞行器设计要求选择冷结构面板5材料，加工安装孔；
13、将第二连接螺栓11穿过防热面板1与上隔热层2；第二连接螺栓11穿过防热面板1上的锥形孔后，第二连接螺栓11的端面与防热面板1表面平齐；
14、将第一连接螺栓10穿过中间连接框3；
15、通过与第二连接螺栓11配合的螺母和弹簧垫圈，将防热面板1、上隔热层2和中间连接框3紧固；
16、第一连接螺栓10穿过下隔热层4和冷结构面板5，通过与第一连接螺栓10配合的螺母和弹簧垫圈，将下隔热层4和冷结构面板5固定在中间连接框3上，完成热防护结构的组装。
本发明的原理是：改变现有盖板式防热结构中防热面板与机身冷结构之间连接固定方式，利用中间连接框结构分别连接表面防热面板与机身冷结构，使得防热面板-中间连接框连接件和中间连接框-冷结构面板连接件之间不直接连接，从而改变并延长传热路径。现有防热结构热量由防热面板→连接件→冷结构传递，传热路径短，热短路现象突出；本发明防热结构热量由防热面板→连接件→中间框→连接件→冷结构的路径传递，其中连接件→中间框→连接件之间的热量传递路径可根据设计调整，传热路径大大延长，可以消除热短路现象。
本发明的具体实施过程如下：
(1)防热面板选用C/SiC复合材料防热面板，尺寸为200mm(长度)×200mm(宽度)×3mm(厚度)；防热面板-中间连接框的连接螺栓、弹簧垫片和螺母材料均选用C/SiC复合材料，螺栓长25mm，直径6mm，锥形沉头式设计，螺纹高度15mm，弹簧垫片厚度1.5mm，M6螺母；上层隔热材料选用20％Al2O3-70％SiO2多孔纤维隔热材料，密度500kg/m3，尺寸为200mm(长度)×200mm(宽度)×20mm(厚度)，最高耐受温度1600℃；中间连接框选用C/SiC复合材料防热面板，“回”字形中空结构，外框尺寸为200mm(长度)×200mm(宽度)，内框尺寸为180mm(长度)×180mm(宽度)，厚度为2mm；中间连接框-冷结构面板的连接螺栓、弹簧垫片和螺母材料均选用C/SiC复合材料，螺栓长60mm，直径6mm，锥形沉头式设计，螺纹高度25mm，弹簧垫片厚度1.5mm，M6螺母；上层隔热材料选用20％Al2O3-80％SiO2多孔纤维隔热材料，密度200kg/m3，尺寸为200mm(长度)×200mm(宽度)×50mm(厚度)，最高耐受温度1200℃；冷结构面板选用1.5mm的5A06铝合金。
(2)按照“防热面板、防热面板-中间连接框螺栓、上层隔热材料、中间连接框-冷结构螺栓、中间连接框、防热面板-中间连接框螺栓固定、下层隔热材料、冷结构面板、中间连接框-冷结构面板螺栓固定”防热顺序组装好热防护部件。
(3)为方便对比试验，加工同样厚度的防热面板材料、上层隔热材料、下层隔热材料和冷结构面板，选用长80mm，直径6mm锥形沉头式螺栓直接连接，螺纹高度15mm，弹簧垫片厚度1.5mm，M6螺母连接；
(4)C/SiC无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构和C/SiC传统盖板式可重复使用非烧蚀热防护结构件表面和背面螺母位置分别粘接热电偶；
(5)采用石英灯辐射加热设备对两种防热结构加载相同的热流密度载荷，实测表面热流密度载荷见附图5。
(6)背面温度响应曲线实测结果表明，C/SiC无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构的背面最高温度约为160℃，C/SiC传统盖板式可重复使用非烧蚀热防护结构的背面最高温度约为210℃，本发明应用实例的防热结构最高温度降低约50℃，降温效果显著(降温幅度24％)，实测两种结构的温度曲线见附图6。
本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims (8)

1.一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构，其特征在于包括：防热面板(1)、上隔热层(2)、中间连接框(3)、下隔热层(4)、冷结构面板(5)、第一连接螺栓(10)和第二连接螺栓(11)；
中间连接框(3)和冷结构面板(5)将下隔热层(4)夹在中间，第一连接螺栓(10)依次穿过中间连接框(3)、下隔热层(4)和冷结构面板(5)，与螺母及垫片配合，将中间连接框(3)、下隔热层(4)和冷结构面板(5)紧固在一起；防热面板(1)和上隔热层(2)位于中间连接框(3)上方且上隔热层(2)夹在防热面板(1)和中间连接框(3)之间，第二连接螺栓(11)依次穿过防热面板(1)、上隔热层(2)、中间连接框(3)，与螺母及垫片配合，将防热面板(1)、上隔热层(2)和中间连接框(3)紧固在一起，形成整体热防护结构；中间连接框(3)上设置的第一连接螺栓(10)和第二连接螺栓(11)的安装孔交替布置；
所述无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构的加工方法包括步骤如下：
(1)根据使用环境选择外部非烧蚀防热面板(1)的材料；
(2)根据飞行器外形要求完成防热面板(1)外形加工并在防热面板(1)连接部位加工锥形连接孔，面板厚度根据使用环境的温度和力学载荷确定；
(3)选择防热面板与中间连接框(3)之间的第二连接螺栓(11)的材料并加工；
(4)根据使用温度选择上隔热层(2)材料；
(5)根据使用环境确定上隔热层(2)厚度，加工安装孔；
(6)根据使用温度选择中间连接框(3)材料；
(7)中间连接框(3)为回字形中空框架结构，加工中间连接框(3)，同时在中间连接框(3)上加工第一连接螺栓(10)和第二连接螺栓(11)的安装孔；第一连接螺栓(10)和第二连接螺栓(11)的安装孔交替分布；
(8)根据中间连接框(3)的使用温度选择第一连接螺栓(10)材料，第一连接螺栓(10)与中间连接框(3)材料相同或者不同均可；
(9)加工中间连接框(3)与冷结构面板(5)之间的第一连接螺栓(10)；
(10)根据中间连接框(3)最高使用温度选择下隔热层(4)材料；
(11)根据使用冷结构面板(5)的温度约束条件确定下隔热层(4)的厚度，加工安装孔；
(12)根据飞行器设计要求选择冷结构面板(5)材料，加工安装孔；
(13)将第二连接螺栓(11)穿过防热面板(1)与上隔热层(2)；第二连接螺栓(11)穿过防热面板(1)上的锥形孔后，第二连接螺栓(11)的端面与防热面板(1)表面平齐；
(14)将第一连接螺栓(10)穿过中间连接框(3)；
(15)通过与第二连接螺栓(11)配合的螺母和弹簧垫圈，将防热面板(1)、上隔热层(2)和中间连接框(3)紧固；
(16)第一连接螺栓(10)穿过下隔热层(4)和冷结构面板(5)，通过与第一连接螺栓(10)配合的螺母和弹簧垫圈，将下隔热层(4)和冷结构面板(5)固定在中间连接框(3)上，完成热防护结构的组装。
2.根据权利要求1所述的一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构，其特征在于：防热面板(1)上用于安装第二连接螺栓(11)的安装孔为锥形孔，第二连接螺栓(11)穿过该锥形孔后，第二连接螺栓(11)的端面与防热面板(1)表面平齐。
3.根据权利要求1所述的一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构，其特征在于：中间连接框(3)为回字形中空框架结构。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构，其特征在于：防热面板(1)、中间连接框(3)和第二连接螺栓(11)的材料相同，采用陶瓷、C/SiC、C/C、C/C-SiC、钼基高温合金、铌基高温合金、铁基高温合金或者镍基高温合金。
5.根据权利要求4所述的一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构，其特征在于：第一连接螺栓(10)的材料采用陶瓷、C/SiC、C/C、C/C-SiC、钼基高温合金、铌基高温合金、铁基高温合金或者镍基高温合金，与第二连接螺栓(11)的材料相同或不同。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构，其特征在于：上隔热层(2)和下隔热层(4)的材料采用二氧化硅纤维隔热材料、氧化铝纤维隔热材料、莫来石纤维隔热材料、气凝胶隔热材料或者多孔碳隔热材料。
7.根据权利要求5所述的一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构，其特征在于：上隔热层(2)和下隔热层(4)选用相同材料或者不同材料。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构，其特征在于：冷结构面板(5)材料选用铝合金、钛合金、玻璃纤维复合材料或碳纤维复合材料。
CN201711449025.XA 2017-12-27 2017-12-27 一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构及加工方法 Active CN108058809B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711449025.XA CN108058809B (zh) 2017-12-27 2017-12-27 一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构及加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711449025.XA CN108058809B (zh) 2017-12-27 2017-12-27 一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构及加工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108058809A CN108058809A (zh) 2018-05-22
CN108058809B true CN108058809B (zh) 2023-07-14

Family

ID=62140485

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711449025.XA Active CN108058809B (zh) 2017-12-27 2017-12-27 一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构及加工方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108058809B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109026924B (zh) * 2018-08-16 2020-05-19 北京空天技术研究所 冷热可滑动连接结构
CN109367758B (zh) * 2018-11-27 2020-05-15 北京空间技术研制试验中心 一种热防护组件及热防护系统
CN110723275B (zh) * 2019-10-24 2021-08-24 湖北航天技术研究院总体设计所 一种高温防热口盖结构
CN111561187B (zh) * 2020-05-25 2021-05-25 湖北三江航天万峰科技发展有限公司 一种箱式装备保温抗毁抗烧蚀装置及其装配方法
CN112399744B (zh) * 2020-11-10 2022-02-22 北京动力机械研究所 一种复合耐高温阻热支撑结构

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6293496B1 (en) * 1999-08-06 2001-09-25 The B. F. Goodrich Company Strain compatible attachment for metallic thermal protection system for a space vehicle
FR2945792B1 (fr) * 2009-05-19 2011-07-22 Snecma Propulsion Solide Dispositif de protection thermique avec espace de canalisation du flux chaud.
US9878809B2 (en) * 2015-06-12 2018-01-30 The Boeing Company Stand-off panel thermal protection system and method of fabricating the same
CN207748009U (zh) * 2017-12-27 2018-08-21 中国航天空气动力技术研究院 一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN108058809A (zh) 2018-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108058809B (zh) 一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构及加工方法
CN207748009U (zh) 一种无热短路可重复使用非烧蚀热防护结构
CN110626011B (zh) 一种热防护板
US20110011972A1 (en) Primary structure of a connecting strut
CN210734524U (zh) 一种高超声速飞行器用热防护板
CN105083528B (zh) 一种热防护装置
JP6173767B2 (ja) 炭素繊維複合材料製受熱タイルおよびその製造方法
JP2017106620A (ja) ウィスカ強化高破壊靱性セラミックねじファスナ
CN108644028B (zh) 一种大推力双向摇摆轨控发动机高温隔热屏
CN210851564U (zh) 一种高效热防护板
US8147943B1 (en) Replaceable impact resistant thermal protection system
CN101633405B (zh) 一种圆管夹芯防热结构件
CN110553554A (zh) 一种用于高超声速导弹的轻质热防护结构
CN211893639U (zh) 一种高超声速飞行器超高温端头热密封结构
CN104805383B (zh) 一种低膨胀高导热的Cf/Al复合材料的制备方法
CN104725066A (zh) 陶瓷材料钛硅碳的热压反应烧结连接方法
CN107442922A (zh) 一种使用非晶中间层扩散连接异种材料的方法
Mühlratzer et al. Development of a new cost-effective ceramic composite for re-entry heat shield applications
CN111168221B (zh) 一种k417高温合金蒙皮骨架结构扩散连接工艺方法
CN113547194B (zh) 一种钨铜模块的连接方法
CN210851565U (zh) 一种新型热防护板
CN215860357U (zh) 防辐射传热的发动机后机匣及包含其的航空发动机
CN205648026U (zh) 一种带过流保护电热辐射管
CN105620725B (zh) 非金属控制舵陶瓷连接样件及其制备方法
CN212951085U (zh) 一种榫卯式无螺钉螺栓盖板式热防护结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant