CN109026924B

CN109026924B - 冷热可滑动连接结构

Info

Publication number: CN109026924B
Application number: CN201810932890.8A
Authority: CN
Inventors: 林旭斌; 程危危; 陈雄斌; 吴东涛; 李晶; 宋锋; 宋月娥
Original assignee: Beijing Kongtian Technology Research Institute
Current assignee: Beijing Kongtian Technology Research Institute
Priority date: 2018-08-16
Filing date: 2018-08-16
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2038-08-16
Also published as: CN109026924A

Abstract

本发明提供一种冷热可滑动连接结构，包括隔热层、冷结构件、热结构件和多个连接组件，隔热层设置在热结构件的待连接部位和冷结构件的待连接部位之间；任意一个连接组件包括金属板，防热层和多个第一连接件，金属板设置在热结构件的待连接部位的下端面并与下端面相贴合；防热层固定贴合在金属板的背向热结构件的一侧面上；每一个第一连接件用于依次将防热层、金属板、热结构件的待连接部位、隔热层和冷结构件的待连接部位连接，金属板相对于热结构件的待连接部位为可滑动设置，热结构件的待连接部位相对于隔热层为可滑动设置。本发明能够解决能够解决现有技术中冷热连接结构中所存在的变形协调困难、局部应力高且热阻明显的技术问题。

Description

冷热可滑动连接结构

技术领域

本发明涉及一种冷热可滑动连接结构，具体涉及一种冷、热结构件70之间的可滑动连接的连接结构，尤其适用于脆性材料热结构件与冷结构件之间的连接。

背景技术

高超声速飞行器的长时间在大气层内高速飞行，热结构例如整流罩是发动机的维形部件，热结构整流罩具有空间小、重量轻的优点，但是与冷结构舱体之间存在热桥传热和热变形协调的问题。

热结构例如整流罩一般采用高温合金或C/SiC陶瓷基复合材料，常规的螺钉连接方式存在三个问题：其一、整流罩安装部位与非安装部位的预紧状态不一致，变形协调困难；其二、整流罩安装部位局部应力高，容易局部破坏；其三、螺钉的传热明显，造成舱体局部温度超出使用温度，强度下降，结构局部失效。因此，设计一种适用于冷热结构之间的可靠的即能实现变形协调又能有效降低热阻的连接结构显得十分重要。

发明内容

本发明提供一种冷热可滑动连接结构，能够解决现有技术中冷热连接结构中所存在的变形协调困难、局部应力高且热阻明显的技术问题。

本发明技术解决方案：

本发明提供一种冷热可滑动连接结构，包括隔热层、冷结构件、热结构件和多个间隔设置的用于所述冷结构件和热结构件可滑动连接的连接组件，其中，所述隔热层设置在热结构件的待连接部位和冷结构件的待连接部位之间；任意一个所述的连接组件包括：金属板，防热层和多个第一连接件，其中，所述金属板设置在所述热结构件的待连接部位的下端面并与所述下端面相贴合；所述防热层固定贴合在所述金属板的背向所述热结构件的一侧面上；每一个所述的第一连接件用于依次将所述防热层、金属板、热结构件的待连接部位、隔热层和冷结构件的待连接部位连接，且所述金属板相对于热结构件的待连接部位为可滑动设置，所述热结构件的待连接部位相对于隔热层为可滑动设置。

进一步地，所述的连接组件沿航向方向依次间隔设置，并且任意两个相邻的连接组件之间的间隙满足所述金属板的热膨胀需求。

进一步地，所述的第一连接件为沉头螺钉，所述沉头螺钉的头部沉入所述防热层，所述防热层在所述沉头螺钉的头部上还设置有沉孔；所述冷结构件上设置有用于固定所述沉头螺钉的螺纹孔，所述金属板、热结构件的待连接部位、防热层以及隔热层均设置有用于多个所述沉头螺钉穿过的多个通孔，且所述的多个通孔沿航向方向间隔设置；其中，所述金属板的多个通孔中，一个为定位孔，其余可滑动孔；所述热结构件的待连接部位的多个通孔中，一个为定位孔，其余为可滑动孔。

进一步地，所述热结构件的待连接部位的多个通孔中，优选沿航向方向的第一个通孔为定位孔，所述热结构件的待连接部位的可滑动孔为U形孔或长圆孔；所述金属板的多个通孔中，优选位于中间的通孔为定位孔，所述金属板的可滑动孔为U形孔或长圆孔。

进一步地，所述的连接组件还包括防热堵头，所述的防热堵头设置在所述的沉孔中，并且所述的防热堵头与所述的防热层粘接。

进一步地，所述的金属板还与所述防热层粘接并采用第二连接件连接固定。

进一步地，所述粘接所用粘接剂为耐高温硅橡胶；所述第二连接件为螺钉，所述的螺钉与所述金属板采用氩弧焊焊接。

进一步地，所述的金属板为钢、钛合金或其他耐高温合金材质；所述的防热层为石英纤维增强/二氧化硅复合材料；所述的隔热层为低密度石英纤维增强/二氧化硅复合材料。

进一步地，所述的冷结构件为舱体；所述的热结构件为整流罩。

进一步地，所述的整流罩的主体结构大致呈U形，且U形两侧壁上沿均向外翻边，所述的翻边作为所述热结构件的待连接部位。

应用本发明提供一种冷热可滑动连接结构，通过增加金属板以形成面贴合可滑动安装以及局部压紧力的布局方式实现了安装面内的热变形协调、避免了应力集中以及提升了连接结构的承载能力和可靠性；且通过合理设计不同隔热层以及对连接件的隔热设计有效降低了冷热结构件之间的热桥传热。

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示出了根据本发明实施例提供的一种冷热可滑动连接结构的结构示意图；

图2示出了据本发明具体实施例提供的冷热可滑动连接结构中任意连接组件的剖面图；

图3示出了据本发明具体实施例提供的任意连接组件的局部剖面图；

图4示出了据本发明具体实施例提供的整流罩的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、金属板；20、防热层；30、隔热层；40、第一连接件；50、第二连接件；60、冷结构件；70、热结构件；80、防热堵头；90、胶层。

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。

如图1和2所示，本发明实施例提供一种冷热可滑动连接结构，包括隔热层30、冷结构件60、隔热层30、热结构件70和多个间隔设置的用于所述冷结构件60和热结构件70可滑动连接的连接组件，其中，所述隔热层30设置在热结构件70的待连接部位和冷结构件60的待连接部位之间；任意一个所述的连接组件包括：金属板10，防热层20和多个连接件，其中，所述金属板10设置在所述热结构件70的待连接部位的下端面并与所述下端面相贴合；所述防热层20固定贴合在所述金属板10的背向所述热结构件70的一侧面上；多个第一连接件40，每一个所述的第一连接件40用于将所述防热层20、金属板10、热结构件70的待连接部位、隔热层30和冷结构件60的待连接部位连接，且所述金属板10相对于热结构件70的待连接部位为可滑动设置，所述热结构件70的待连接部位相对于隔热层30为可滑动设置。

应用本发明实施例提供的一种冷热可滑动连接结构，通过在冷结构件60和热结构件70之间设置隔热层30、在热结构件70的待连接部位的下端面依次设置金属板10和防热层20以形成多层结构，其中金属板10不仅可以进行承力，其还与热结构件70面面贴合，以面摩擦挤压方式设置，防止热结构件70受损；而且设置金属板10相对于热结构件70的待连接部位为可滑动，所述热结构件70的待连接部位相对于隔热层30为可滑动，保证了热结构件70和金属板10可控的定向滑动，实现了滑动来适应接触双方出现的热变形不匹配或相对机械运动以及避免了各层之间的热桥传热；此外，通过设置多个间隔的连接组件，使得被连接件的局部压紧力得以分散，防止被连接件受损，例如，现有技术中仅使用螺钉依次连接，局部压紧力过大，被连接件极易损坏。

进一步地，作为本发明一种实施例，所述的连接组件沿航向方向依次间隔设置，并且任意两个相邻的连接组件之间的间隙满足所述金属板10的热膨胀需求。具体的，如图1所示，连接组件为8组，即a～h，其沿航向方向依次间隔设置，其中，例如a和b之间的间隙至少为金属板10的热膨胀量。

进一步地，作为本发明一种实施例，为了保证连接效果和避免热桥传热，所述的第一连接件40为沉头螺钉，所述沉头螺钉的头部沉入所述防热层20，所述防热层20在所述沉头螺钉的头部上还设置有沉孔；所述冷结构件60上设置有用于固定所述沉头螺钉的螺纹孔，所述金属板10、热结构件70的待连接部位、防热层20以及隔热层30均设置有用于多个所述沉头螺钉穿过的多个通孔，且所述的多个通孔沿航向方向间隔设置；其中，所述金属板10的多个通孔中，一个为定位孔，其余可滑动孔；所述热结构件70的待连接部位的多个通孔中，一个为定位孔，其余为可滑动孔。应用此种配置方式，通过将第一连接接40设计为沉头螺钉，保证了连接的平整性和避免热桥传热，通过设计金属板10和热结构件70的待连接部位的多个通过，实现了金属板10相对于热结构件70的待连接部位为可滑动，所述热结构件70的待连接部位相对于隔热层30为可滑动。

进一步地，为了保证更好的定位和可滑动效果，所述热结构件70的待连接部位的多个通孔中，优选沿航向方向的第一个通孔为定位孔，所述热结构件70的待连接部位的可滑动孔为U形孔或长圆孔；所述金属板10的多个通孔中，优选位于中间的通孔为定位孔，所述金属板10的可滑动孔为U形孔或长圆孔。应用此种配置方式，由于金属板10膨胀量大，本发明配置所述金属板10为单独定位，优选中间的通孔为定位孔，中间的通孔热膨胀量小，热膨胀均匀，保证定位更准确。

作为本发明一种具体实施例，金属底板10的定位孔为圆孔，其余孔为U形孔，U形孔直段长度为金属板10上两螺钉孔之间的热膨胀量加0.5mm的余量，此外，金属板10与热结构件70的待连接部位的接触面倒圆角。

进一步地，为了进一步避免热桥传热，所述的连接组件还包括防热堵头80，所述的防热堵头80设置在所述的沉孔中，并且所述的防热堵头80与所述的防热层20粘接。

进一步地，如图3所示，为了保证防热层20、隔热层30、金属板10、热结构件70无相对位移，所述的金属板10还与所述防热层20粘接并采用第二连接件50连接固定，其中在金属板10与防热层20之间形成胶层90；所述的隔热层30还粘接在所述冷结构件60上。

进一步地，作为本发明一种具体实施例，所述的金属板10与所述防热层20粘接所用粘接剂为耐高温硅橡胶；所述第二连接件50为螺钉，所述的螺钉与所述金属板10采用氩弧焊焊接。

进一步地，为了保证承载和隔热效果，所述的金属板10为钢、钛合金或其他耐高温合金材质；所述的防热层20为石英纤维增强/二氧化硅复合材料；所述的的隔热层30为低密度石英纤维增强/二氧化硅复合材料。

进一步地，作为本发明一种具体实施例，所述的冷结构件60配置为舱体；所述的热结构件70配置为整流罩。

进一步地，如图4所示，所述的整流罩的主体结构大致呈U形，且U形两侧壁上沿均向外翻边，所述的翻边作为所述热结构件70的待连接部位，具体的，所述的整流罩的主体结构大致呈U形，且U形两侧壁上沿均向外翻边；其中，所述的整流罩沿航向方向设置，且垂直于航向方向的截面具体呈U型，该整流罩沿航向方向具有很长的外翻边，优选的两侧翻边为对称设置。本发明利用整流罩的外翻边与舱体进行连接，利于实现滑动连接。

作为本发明一种具体实施例，如图1-4所示，将整流罩的外侧翻边上下夹紧连接，翻边上表面与舱体平面对接，中间加隔热层30，翻边下表面从下向上用压条压紧，压条用螺钉拧紧在铝合金舱体上，压条分多段，压条内层为金属板10，外层为防热层20，两者胶结并螺接；金属板10中间孔定位，两侧孔为U形，可滑动；整流罩的安装孔可实现X向伸长，螺钉沉入防热材料内部，沉孔用绝热材料制作的堵头封堵，降低了热桥传热。

装配方法为：

第一步：组合压条装配，将防热层20与金属板10胶接并用第二连接件50连接，然后将第二连接件50和金属板10焊接防松，安装沉头螺钉的沉孔的防热堵头；

第二步：整流罩安装，先将隔热层30用硅橡胶粘接在舱体上，再安装整流罩，再将组合压条用沉头螺钉连接到舱体上。

本发明实施例设计了一种安全可靠，容易装配且能够顺利实现变形协调和有效隔热的冷热可滑动连接结构，可用于高超声速飞行器的热结构部件安装。

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。

Claims

1.一种冷热可滑动连接结构，其特征在于，所述连接结构包括冷结构件(60)、隔热层(30)、热结构件(70)和多个间隔设置的用于所述冷结构件(60)和热结构件(70)可滑动连接的连接组件，其中，所述隔热层(30)设置在热结构件(70)的待连接部位和冷结构件(60)的待连接部位之间，任意一个所述的连接组件包括：金属板(10)，防热层(20)和多个第一连接件(40)，其中，所述金属板(10)设置在所述热结构件(70)的待连接部位的下端面并与所述下端面相贴合；所述防热层(20)固定贴合在所述金属板(10)的背向所述热结构件(70)的一侧面上；每一个所述的第一连接件(40)用于依次将所述防热层(20)、金属板(10)、热结构件(70)的待连接部位、隔热层(30)和冷结构件(60)的待连接部位连接，且所述金属板(10)相对于热结构件(70)的待连接部位为可滑动设置，所述热结构件(70)的待连接部位相对于隔热层(30)为可滑动设置。

2.根据权利要求1所述的一种冷热可滑动连接结构，其特征在于：所述的连接组件沿航向方向依次间隔设置，并且任意两个相邻的连接组件之间的间隙满足所述金属板(10)的热膨胀需求。

3.根据权利要求1所述的一种冷热可滑动连接结构，其特征在于，所述的第一连接件(40)为沉头螺钉，所述沉头螺钉的头部沉入所述防热层(20)，所述防热层(20)在所述沉头螺钉的头部上还设置有沉孔；所述冷结构件(60)上设置有用于固定所述沉头螺钉的螺纹孔，所述金属板(10)、热结构件(70)的待连接部位、隔热层(30)以及防热层(20)均设置有用于多个所述沉头螺钉穿过的多个通孔，且所述的多个通孔沿航向方向间隔设置；其中，所述金属板(10)的多个通孔中，一个为定位孔，其余可滑动孔；所述热结构件(70)的待连接部位的多个通孔中，一个为定位孔，其余为可滑动孔。

4.根据权利要求3所述的一种冷热可滑动连接结构，其特征在于，所述热结构件(70)的待连接部位的多个通孔中，选取沿航向方向的第一个通孔为定位孔，所述热结构件(70)的待连接部位的可滑动孔为U形孔或长圆孔；所述金属板(10)的多个通孔中，选取位于中间的通孔为定位孔，所述金属板(10)的可滑动孔为U形孔或长圆孔。

5.根据权利要求3所述的一种冷热可滑动连接结构，其特征在于，所述的连接组件还包括防热堵头(80)，所述的防热堵头(80)设置在所述沉孔中，并且所述的防热堵头(80)与所述的防热层(20)粘接。

6.根据权利要求1所述的一种冷热可滑动连接结构，其特征在于，所述的金属板(10)与所述防热层(20)粘接并采用第二连接件(50)连接固定。

7.根据权利要求6所述的一种冷热可滑动连接结构，其特征在于，所述的金属板(10)与所述防热层(20)粘接所用粘接剂为耐高温硅橡胶；所述第二连接件(50)为螺钉，所述的螺钉与所述金属板(10)采用氩弧焊焊接。

8.根据权利要求1所述的一种冷热可滑动连接结构，其特征在于，所述的金属板(10)为钢、钛合金或其他耐高温合金材质；所述的防热层(20)为石英纤维增强/二氧化硅复合材料；所述的隔热层(30)为低密度石英纤维增强/二氧化硅复合材料。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种冷热可滑动连接结构，其特征在于，所述的冷结构件(60)为舱体；所述的热结构件(70)为整流罩。

10.根据权利要求9所述的一种冷热可滑动连接结构，其特征在于，所述的整流罩的主体结构大致呈U形，且U形两侧壁上沿均向外翻边，所述的翻边作为所述热结构件(70)的待连接部位。