CN108454132A - 一种透波隔热结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供本发明提供一种透波隔热结构及制备方法，所述透波隔热结构包括隔热层和透波层，所述隔热层用于飞行器头罩与头罩内电子元器件之间的隔热，所述透波层设置在所述隔热层上，所述透波层用于阻止所述隔热层产生的异物落入所述电子元器件上，所述隔热层为无极气凝胶层。本发明的透波隔热结构在保证透波隔热的基础上，能够防止无机气凝胶在飞行器组装，运输，储存，服役过程中粉尘等异物脱落进而影响电子元器件的正常工作，保证了头罩内部电子元器件工作的可靠性。
Description
技术领域
本发明提供一种透波隔热结构及制备方法，具体涉及用于飞行器头罩的透波隔热结构及制备方法，属于飞行器热防护领域。
背景技术
目前，超音速飞行器飞行过程中，头罩表面驻点温度高达1000-1500℃，而飞行器头罩内安放的诸如导引头等电子设备无法经受这样高温，因此，二氧化硅气凝胶隔热帽被安装在头罩与电子元器件之间。然而，由于二氧化硅气凝胶质脆、易掉粉，导致其安装、高温服役过程中很可能产生粉尘落入电子元器件间，进而影响电子元器件的可靠工作。
发明内容
在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
本发明的目的在于解决现有技术中飞行器头罩和其内部电子设备之间的二氧化硅气凝胶隔热帽在安装、高温服役过程中很可能产生粉尘落入电子元器件间，进而影响电子元器件的可靠工作的问题，提出一种透波隔热结构及制备方法，本发明提供的透波隔热结构具有优异的隔热、透波性能，可用于飞行器头罩和其内部电子元器件之间的隔热，且该透波隔热结构在安装、高温服役过程中不会产生剥落、掉粉等现象，保证了头罩内部电子元器件工作的可靠性。
本发明的技术解决方案：
一方面，本发明提供一种透波隔热结构，所述透波隔热结构包括隔热层和透波层，所述隔热层用于飞行器头罩与头罩内电子元器件之间的隔热，所述透波层设置在所述隔热层上，所述透波层用于阻止所述隔热层产生的异物落入所述电子元器件上。
进一步地，所述隔热层采用二氧化硅气凝胶材料；
进一步地，所述透波层的厚度为0.3mm～0.5mm。
进一步地，所述透波层基于所述隔热层进行随形设计。
进一步地，所述透波层采用过盈配合方式设置在所述隔热层上。
进一步地，所述透波层为具有透波性能的纤维增强树脂基复合材料。
进一步地，所述纤维增强树脂基复合材料中，所述的纤维用于作为增强体，优选为石英纤维；所述的树脂为所述复合材料的基体，选自环氧树脂、酚醛树脂以及氰酸酯树脂中的任意一种，对于电性能要求较高的体系，优选为氰酸酯树脂；本发明的纤维树脂基复合材料，一方面其自身具备一定的支撑能力进行维形，高温下不会脱落、掉粉等，另一方面，该纤维树脂基复合材料能够提供好的透波特性，而且其中石英纤维织物厚度规格较多，制品厚度设计自由度大。
进一步地，所述石英纤维为石英纤维布，所述石英纤维布的规格可以为0.100mm、0.140mm或0.210mm，所述石英纤维布的层数可以为2层、3层或4层。
另一方面，本发明还提供一种透波隔热结构的制备方法，包括：
步骤1、制备透波层，
基于隔热层外形确定所述透波层外形，所述透波层基于所述隔热层进行随形设计；
基于透波层外形，进行模具设计，并基于所述模具成型透波层，具体为：
1)采用可破坏模具制造工艺，具体为：
根据透波层外形，设计模具：首先加工一个金属阴模，阴模型面和透波层内型面一致，然后在所述金属模具内灌注石膏，成型石膏阳模；
制备预浸料薄片：将树脂基体溶解后制得树脂溶液，将所述树脂溶液均匀涂覆于纤维布上，得到预浸料薄片，根据需要可将所述预浸料薄片裁剪成各种形状；
在所述石膏阳模上进行所述预浸料薄片的糊制，糊制完成后进行固化成型，且固化完成后，将所述石膏阳模粉碎破坏，即得到完整的透波层；
或，
2)采用可破坏模具制造工艺，具体为：
根据透波层外形，设计模具：首先加工一个金属阳模，所述金属阳模型面与透波层外型面一致(外型面即与所述隔热层配合的面)，然后在金属阳模外表面成型石膏阴模；
制备预浸料薄片：将树脂基体溶解后制得树脂溶液，将所述树脂溶液均匀涂覆于纤维布上，得到预浸料薄片，根据需要可将所述预浸料薄片裁剪成各种形状；
在所述石膏阴模上进行所述预浸料薄片的糊制，糊制完成后进行固化成型，固化完成后，将所述石膏阴模进行破坏掉，即得到完整的透波层；
或，
3)采用分瓣模具制造工艺，具体为：
根据透波层外形尺寸，设计分瓣模具：头罩内的隔热层形状一般为回转体，例如隔热帽，所以透波层外形也为回转体，根据透波层内型面设计模具，模具包括模具底板、模具型面和支撑组件，其中，所述模具型面的外型面与透波层内型面一致，所述模具型面设置在所述模具底板上，且所述模具型面还沿其周向进行分瓣设计，所述支撑组件与所述模具型面随形设计，其用于支撑所述模具型面，所述支撑组件置于模具型面内且与所述模具型面插接，所述模具底板具有气密性，用于满足真空固化工艺,所述模具底板还用于具有翻边结构的透波层中的翻边的成型；
制备预浸料薄片：将树脂基体溶解后制得树脂溶液，将所述树脂溶液均匀涂覆于纤维布上，并于通风干燥处除去大部分挥发分，得到预浸料薄片，根据需要可将所述预浸料薄片裁剪成各种形状；
在所述模具外型面上或所述模具外型面和模具底板上进行所述预浸料薄片的糊制，糊制完成后进行固化成型，固化完成后，拆除模具底板，支撑组件，依次将各个型面模具块(分瓣设计结果)拆除，即得到完整的透波层；
步骤2，将所述透波层过盈配合安装到隔热层上，
所述隔热层为二氧化硅气凝胶层。
本发明的设计原理在于：
为了避免现有技术存在问题，前期技术人员进行了大量尝试，包括在二氧化硅气凝胶上喷涂隔热透波层、使用传统技术在二氧化硅气凝胶隔热帽和电子元件之间制作一层隔热层等，然而在二氧化硅气凝胶上直接喷涂隔热透波层，由于喷涂体系不具有增强特性，且二氧化硅气凝胶表面附着力较差，在经历热冲刷条件下极易发生剥落；而使用传统金属模具制作一层透波层，厚度一般会做到1.0mm以上，否则存在脱模困难，而该层隔热头层过大的厚度对头罩体系的透波率会造成不利影响。本发明则是通过在现有二氧化硅气凝胶层的基础上，设计透波层，一方面对透波层的材料进行选择，需满足透波性，另一方面通过对透波层的制备方法的创新设计，制备出了厚度小于1mm的透波层，使得该透波层既具有自身的支撑作用，又具有优异的透波性能。
本发明相比于现有技术具有以下优势：
本发明提供的透波隔热结构及制备方法，解决了现有技术中飞行器头罩和其内部电子设备之间的二氧化硅气凝胶隔热帽在安装、高温服役过程中很可能产生异物例如粉尘等落入电子元器件间，进而影响电子元器件的可靠工作的问题，该透波隔热结构克服了传统条件难以制备厚度小于1mm的具有一定支撑力的透波层的局限性，制备出了具有优异的支撑、隔热、透波性能的透波层，且透波隔热结构可用于飞行器头罩和其内部电子元器件之间的隔热，该透波隔热结构中的透波层在安装、高温服役过程中不会产生剥落、掉落异物等现象，还能够防止二氧化硅气凝胶在飞行器组装，运输，储存，服役过程中粉尘等异物脱落进而影响电子元器件的正常工作，保证了头罩内部电子元器件工作的可靠性。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例提供的一种透波隔热结构的示意图；
图2为根据本发明实施例提供的一种分瓣模具的结构的示意图；
图3为根据本发明实施例提供的分瓣模具内部结构示意图；
图4为根据本发明实施例提供的一种分瓣模的透视图；
(a)为正视图、(b)为俯视图；
图5为根据本发明实施例提供的一种分瓣模具的剖面图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1所示，根据本发明实施例提供一种透波隔热结构，所述透波隔热结构包括隔热层和透波层，所述隔热层用于飞行器头罩与头罩内电子元器件之间的隔热，所述透波层设置在所述隔热层上，所述透波层用于阻止所述隔热层产生的异物落入所述电子元器件上。
进一步地，在本发明中，如图1所示，所述的隔热层为天线罩所常用的隔热帽，其为回转体结构，所述隔热层通常采用二氧化硅气凝胶材料。该隔热层在组装，运输，储存，服役过程易产生粉尘等异物。
进一步地，本发明的透波层基于所述隔热层进行随形设计，且该透波层的厚度仅为0.3mm～0.5mm。
进一步地，在本发明中，所述透波层优选采用过盈配合方式设置在所述隔热层上。
进一步地，在本发明中，所述透波层为具有透波性能的纤维增强树脂基复合材料，基于透波层材料的选择，可见该透波层具有一定强度，即具有自身支撑能力。
本发明提供的透波隔热结构，在保证优异的透波隔热性能的基础上，同时保证了头罩内电子元器件工作的可靠性。
为了对本发明的透波隔热结构的制备方法有更进一步的了解，下面以具体实施例对本发明的透波隔热结构中的透波层的制备进行详细说明。
如图1所示，隔热层为隔热帽，下述实施例中的透波层外形基于隔热层外形随形设计。
实施例1
透波隔热结构中的透波层由石英纤维布和氰酸酯树脂基体组成。石英纤维布规格厚度为0.140，平纹，氰酸酯树脂基体为双酚A型氰酸酯树脂预聚体，隔热帽内的透波层厚度为0.45mm±0.05mm，该结构对原有体系的透波率影响小于5％。
制备方法为消失模具制造工艺：根据制品外形，设计模具，模具采用石膏模具设计，首先加工一个金属阴模，阴模型面和透波层内型面一致，在金属模具内灌注耐高温铸造用石膏，成型石膏阳模，石膏阳模硬化后，在表面涂高温蜡，脱模剂等，然后将400g氰酸酯树脂溶解在400g丙酮溶剂中并搅拌均匀，制得树脂溶液，将溶液均匀涂覆于600g石英纤维布上，室温，通风，避光环境下48小时左右去除大部分溶剂，然后将其剪裁成直角边长为700mm的等腰直角三角形预浸料薄片备用。在石膏阳模上进行糊制，每层2张预浸料构成，共糊制3层，采用真空袋成型制得隔热层，固化制度：80℃/1h+180℃/2h+200℃/2h+230℃/1h。固化完成后，暂时不取下石膏阳模，打磨薄层硬壳外表面，加工边缘等工序完成后，将石膏阳模采用专用工具粉碎破坏，得到完整的透波层。
实施例2
透波隔热结构中的透波层由石英纤维布和氰酸酯树脂基体组成。石英纤维布规格厚度为0.06，平纹，氰酸酯树脂基体为环氧改性双酚A型氰酸酯树脂预聚体，隔热帽内透波层厚度为0.20mm±0.05mm，该结构对原有体系的透波率影响小于3％。
制备方法为可破坏模具制造工艺：使用金属制备一个型面等同于产品外型面的阳模，然后在金属模具外表面成型石膏模具，石膏完全硬化后，将金属模具和石膏模具分离，在石膏模具内型面涂蜡和脱模剂。准备200g氰酸酯树脂溶解在200g丙酮溶剂中并搅拌均匀，制得树脂溶液，将溶液均匀涂覆于300g石英纤维布上，室温，通风，避光环境下48小时左右去除大部分溶剂，然后将其剪裁成长为330mm，宽为250mm的长方形预浸料薄片备用。在石膏阴模上进行糊制，每层2张预浸料构成，共糊制2层，采用真空袋成型，固化制度：80℃/1h+180℃/2h+200℃/2h+230℃/1h。固化完成后打磨产品内表面，破坏掉石膏模具，加工边缘，即得一隔热帽内层透波层。
实施例3
透波隔热结构中的透波层由石英纤维布和氰酸酯树脂基体组成。石英纤维布规格厚度为0.100，平纹，氰酸酯树脂基体为环氧改性双酚A型氰酸酯树脂预聚体，隔热帽内透波层厚度为0.40mm±0.05mm，该结构对原有体系的透波率影响小于4％。
制备方法为分瓣模具制备：如图2-5所示，图2示出了分瓣模具的结构的示意图；图3出示了分瓣模具内部结构示意图；图4示出了分瓣模的透视图，其中(a)为正视图、(b)为俯视图；图5示出了分瓣模具的剖面图。首先根据产品尺寸设计分瓣模具，在整个模具型面圆周上，分为8块，模具底板为整块，模具中间支撑组件为可取出设计，采用卡槽与模具型面连接，模具型面通过支撑和卡扣连接在所述模具底板上，模具强度经过校核，要能够承受0.1MPa外压而不发生形变，模具所有组件制件均要充分涂抹润滑脂以及脱模剂，防止模具固化过程中由于树脂渗透而粘接。将400g改性氰酸酯树脂溶解在400g丙酮溶剂中并搅拌均匀，制得树脂溶液，将溶液均匀涂覆于600g石英纤维布上，室温，通风，避光环境下48小时左右去除大部分溶剂，然后将其剪裁成直角边长为700mm的等腰直角三角形预浸料薄片备用。在天线罩分瓣模具型面和模具底板上进行糊制，每层3张预浸料构成，共糊制4层，采用真空袋成型，固化制度：80℃/1h+180℃/2h+200℃/2h+230℃/1h。固化完成后，暂不脱模，打磨外表面，加工边缘，然后拆除模具底板，支撑组件，然后依次将模具型面中各个型面模具块拆除，即得一隔热帽内层透波层。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
Claims (10)
1.一种透波隔热结构，其特征在于：所述透波隔热结构包括隔热层和透波层，所述隔热层用于飞行器头罩与头罩内电子元器件之间的隔热，所述透波层设置在所述隔热层上，所述透波层用于阻止所述隔热层产生的异物落入所述电子元器件上。
2.根据权利要求1所述的一种透波隔热结构，其特征在于：所述隔热层采用二氧化硅气凝胶材料。
3.根据权利要求1-2所述的一种透波隔热结构，其特征在于：所述透波层的厚度为0.3mm～0.5mm。
4.根据权利要求1-3所述的一种透波隔热结构，其特征在于：所述透波层基于所述隔热层进行随形设计。
5.根据权利要求1-4所述的一种透波隔热结构，其特征在于：所述透波层采用过盈配合方式设置在所述隔热层上。
6.根据权利要求1-5所述的一种透波隔热结构，其特征在于：所述透波层为具有透波性能的纤维增强树脂基复合材料。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种透波隔热结构的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1、制备透波层
基于所述隔热层外形确定所述透波层外形，所述透波层基于所述隔热层进行随形设计；
基于所述透波层外形，进行模具设计，并基于所述模具成型透波层，具体为：
采用消失模具制造工艺，包括：
根据透波层外形，设计模具：首先加工一个金属阴模，阴模型面和透波层内型面一致，然后在所述金属模具内灌注石膏，成型石膏阳模；
制备预浸料薄片：将树脂基体溶解后制得树脂溶液，将所述树脂溶液均匀涂覆于纤维布上，得到预浸料薄片，根据需要可将所述预浸料薄片裁剪成各种形状；
在所述石膏阳模上进行所述预浸料薄片的糊制，糊制完成后进行固化成型，且固化完成后，将所述石膏阳模粉碎破坏，即得到完整的透波层；
步骤2，将所得透波层以过盈配合方式安装到所述隔热层上。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，以可破坏模具制造工艺替代所述消失模具制造工艺，所述可破坏模具制造工艺具体为：
根据透波层外形，设计模具：首先加工一个金属阳模，所述金属阳模型面与透波层外型面一致，然后在金属阳模外表面成型石膏阴模；
制备预浸料薄片：将树脂基体溶解后制得树脂溶液，将所述树脂溶液均匀涂覆于纤维布上，得到预浸料薄片，根据需要可将所述预浸料薄片裁剪成各种形状；
在所述石膏阴模上进行所述预浸料薄片的糊制，糊制完成后进行固化成型，固化完成后，将所述石膏阴模进行破坏掉，即得到完整的透波层。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，以分瓣模具制造工艺替代所述消失模具制造工艺，所述分瓣模具制造工艺具体为：
根据透波层外形尺寸，设计分瓣模具：模具包括模具底板、模具型面和支撑组件，其中，所述模具型面的外型面与透波层内型面一致，所述模具型面设置在所述模具底板上，且所述模具型面还沿其周向进行分瓣设计，所述支撑组件与所述模具型面随形设计，其用于支撑所述模具型面，所述支撑组件置于所述模具型面内且与所述模具型面插接；
制备预浸料薄片：将树脂基体溶解后制得树脂溶液，将所述树脂溶液均匀涂覆于纤维布上，得到预浸料薄片，根据需要可将所述预浸料薄片裁剪成各种形状；
在所述模具外型面上或所述模具外型面和模具底板上进行所述预浸料薄片的糊制，糊制完成后进行固化成型，固化完成后，拆除模具底板，支撑组件，依次将各个型面模具块拆除，即得到完整的透波层。
10.根据权利要求7-9所述的制备方法，所述的固化成型采用真空袋固化成型工艺。
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