CN114014693A - 航空发动机尾喷管高性能专用隔热件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了航空发动机尾喷管高性能专用隔热件，隔热件包括第一不锈钢钣金层、隔热层和第二不锈钢钣金层，隔热层位于第一不锈钢钣金层和第二不锈钢钣金层之间，隔热层由多孔发泡复合材料制成，多孔发泡复合材料包括以下质量百分比的组分：抗燃纤维20％～30％、无机硅预聚物30％～55％、膨胀石墨15％～25％、无卤阻燃剂10％～15％、氧化钛粉7％～11％、添加剂2～4％。多孔发泡材料采用无机硅材料作为基体，而氧化钛粉作为增强体，使得隔热件的组合物具有较高的物理及化学稳定性，有效防止隔热件在制造或组装过程中垮塌，避免有效性丧失，此外，在多孔发泡材料的两边设置不锈钢钣金层，进一步提高其结构稳定性，避免其在组装过程中垮塌。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机的零部件技术领域，尤其是涉及一种航空发动机尾喷管高性能专用隔热件。
背景技术
飞行器的许多部件都受到高温热害的影响，并且为了确保飞行器的正常操作，结构及相关系统必须受到保护以免受高温热害导致的火灾、结构件性能下降、电子元器件失效等后果的影响。
为了这些目的，已经试验和设置了若干材料和解决方案以防止高温热害导致的恶劣工况。根据应用，需要解决两个主要影响：热辐射和热传递。
现有技术最广泛使用的解决方案是主要由陶瓷或硅胶层压件与铝片一起制成的隔热包层。这些隔热包层对火焰穿透和隔热是有效的解决方案，但也是昂贵且沉重的。
隔热包层由于其缺乏刚性而可能会出现一些结构性应用上的问题。因此，这些隔热包层会在制造或组装过程中垮塌，从而导致其有效性丧失。此外由于，机身安装面外形复杂，隔热件难与安装面贴合。
如CN207420727U，公开日：2018-05-29；提供了一种航空发动机隔热装置，包括内蒙皮、隔热层和外蒙皮，隔热层设置在内蒙皮和外蒙皮之间，隔热层的材料采用高硅氧棉布，内蒙皮和外蒙皮的周向均设有多个通孔，所述通孔与螺栓配合使内蒙皮和外蒙皮与封严腔相固定。内蒙皮和外蒙皮缺少刚性支撑，隔热装置会在制造或组装过程中垮塌，从而导致其有效性丧失。
CN207406387U，公开日：2018-05-25；公开了一种航空发动机用隔热结构，包括防护层，隔热层，防护层；防护层与防护层均采用超薄高温合金材料，隔热层采用低密度、低导热率、环保的多孔陶瓷纤维材料。环保多孔陶瓷纤维材料过于昂贵，有必要寻找一种低成本的隔热材料。
发明内容
本发明提供了一种航空发动机尾喷管高性能专用隔热件，该产品具有良好的隔热能力，这样能够避免热源周围的结构处的高温不会损坏机身结构。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种航空发动机尾喷管高性能专用隔热件，其特征在于，所述隔热件包括第一不锈钢钣金层、隔热层和第二不锈钢钣金层，所述隔热层位于所述第一不锈钢钣金层和第二不锈钢钣金层之间，所述隔热层由多孔发泡复合材料制成，所述多孔发泡复合材料包括以下质量百分比的组分：抗燃纤维20％～30％、无机硅预聚物30％～55％、膨胀石墨15％～25％、无卤阻燃剂10％～15％、氧化钛粉7％～11％、添加剂2～4％。
进一步的，所述第一不锈钢钣金层和第二不锈钢钣金层控制厚度在0.5mm～1.5mm。
进一步的，所述隔热件的周围阵列有安装孔，可以方便将隔热件更好的安装在尾喷管或者红外抑制器的外表面。
进一步的，所述无机硅预聚物为硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂中的一种或多种的混合物。
进一步的，所述的抗燃纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、和陶瓷纤维中的任意一种或两种以上纤维。
进一步的，所述的无卤阻燃剂是选自聚磷酸铵、氰尿酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺和铵磷酸盐的一种或多种混合物。
进一步的，所述多孔发泡复合材料的生产方法，包括以下步骤：
步骤一、将抗燃纤维、无机硅预聚物和分散剂依次加入容器中搅拌；
步骤二、边搅拌边依次向容器中加入消泡剂、流平剂；
步骤三、将无卤阻燃剂分三次放入容器中，边搅拌边向容器中加入膨胀石墨并搅拌；
步骤四、在容器中加入氧化钛粉和发泡剂进行搅拌，有效增强材料稳定性；
步骤五、将步骤四中材料置于烘箱中干燥成型，温度为100℃～190℃；
进一步的，所述步骤一和步骤二的搅拌速度为200～400rpm，所述步骤三和步骤四的搅拌速度为600～800rpm。
进一步的，所述的膨胀石墨在160℃～180℃的温度范围内发泡，发泡倍率为350至400倍，或在200℃～250℃温度范围内发泡，发泡倍率为100至350倍。
一种航空发动机尾喷管高性能专用隔热件的应用，其特征在于，所述隔热件安装在尾喷管或者红外抑制器的一处或多处。
实施本发明的这种航空发动机尾喷管高性能专用隔热件，具有以下有益效果：
(1)多孔发泡材料采用无机硅材料作为基体，而氧化钛粉作为增强体，使得隔热件的组合物具有较高的物理及化学稳定性，有效防止隔热件在制造或组装过程中垮塌，避免有效性丧失，此外，在多孔发泡材料的两边设置不锈钢钣金层，进一步提高其结构稳定性，避免其在组装过程中垮塌。并且能够提供优异的可加工性，具有较高的价格竞争力；此外其生产成本低，重量较轻，具有良好的隔热能力。
(2)无机硅制成的多孔发泡复合材料较有机硅多孔发泡复合材料具有更强的抗热、隔热能力，能够适应发动机尾喷管处高温工作，此外本发明还具有无刺激性气味、无毒、环保、抗压缩形变、抗蠕变性能、绝缘性能、隔热性能、无卤阻燃性能等优点。本发明材料还具有一定的延展性，可以根据飞机的异性曲面随形裁剪、包裹，有效防止热传递带来的热量。
(3)在多孔发泡材料的两侧均设有不锈钢钣金层，其上设有安装孔，可以固定安装在机身表面，使得安装更加的可靠，安全性能更高。
附图说明
图1为飞机的结构示意图，展示了发动机的安装位置；
图2为图1中发动机和整流罩的结构示意图；
图3为图2的剖面示意图，展示了尾喷管和隔热件的结构；
图4为本发明的这种航空发动机尾喷管高性能专用隔热件的结构示意图；
图5为图4的剖面示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
如图1至图5所示的本发明的这种航空发动机尾喷管高性能专用隔热件10，其包括第一不锈钢钣金层11、隔热层12和第二不锈钢钣金层13，隔热层12位于第一不锈钢钣金层11和第二不锈钢钣金层13之间。第一不锈钢钣金层11和第二不锈钢钣金层13具有一定的刚度的同时，还具有良好的延展性，可以使得隔热件与机身安装面紧密贴合。
隔热层12由多孔发泡复合材料制成，多孔发泡复合材料包括以下质量百分比的组分：抗燃纤维20％、无机硅预聚物41％、膨胀石墨15％、无卤阻燃剂10％、氧化钛粉7％、添加剂2％。
进一步的，第一不锈钢钣金层11和第二不锈钢钣金层13控制厚度在0.5mm。
进一步的，隔热件的周围阵列有安装孔14，可以方便将隔热件更好的安装在尾喷管15或者红外抑制器的外表面，使得安装更加的可靠，安全性能更高。
进一步的，无机硅预聚物为硅酸钠和硅酸钾的混合物。
进一步的，抗燃纤维为玻璃纤维和碳纤维的混合物。
进一步的，无卤阻燃剂是选自聚磷酸铵和氰尿酸三聚氰胺的混合物。
进一步的，多孔发泡复合材料的生产方法，包括以下步骤：
步骤一、将抗燃纤维、无机硅预聚物和分散剂依次加入容器中搅拌；
步骤二、边搅拌边依次向容器中加入消泡剂、流平剂；
步骤三、将无卤阻燃剂分三次放入容器中，边搅拌边向容器中加入膨胀石墨并搅拌；
步骤四、在容器中加入氧化钛粉和发泡剂进行搅拌，有效增强材料稳定性；
步骤五、将步骤四中材料置于烘箱中干燥成型，温度为100℃。
进一步的，步骤一和步骤二的搅拌速度为200rpm，步骤三和步骤四的搅拌速度为600rpm。
进一步的，膨胀石墨在160℃的温度范围内发泡，发泡倍率为350倍。
如图4所示，本发明的这种隔热件具有一定的延展性，其中间部位可以设计为凹槽部16，具有良好的包覆效果，且具有一定的刚性，能够与机身紧密的贴合。本发明的这种隔热件还可以用于发动机17的排气系统中红外抑制器表面的隔热，具有良好的隔热效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种航空发动机尾喷管高性能专用隔热件，其特征在于，所述隔热件包括第一不锈钢钣金层、隔热层和第二不锈钢钣金层，所述隔热层位于所述第一不锈钢钣金层和第二不锈钢钣金层之间，所述隔热层由多孔发泡复合材料制成，所述多孔发泡复合材料包括以下质量百分比的组分：抗燃纤维20％～30％、无机硅预聚物30％～55％、膨胀石墨15％～25％、无卤阻燃剂10％～15％、氧化钛粉7％～11％、添加剂2～4％。
2.根据权利要求1所述的航空发动机尾喷管高性能专用隔热件，其特征在于，所述第一不锈钢钣金层和第二不锈钢钣金层控制厚度在0.5mm～1.5mm。
3.根据权利要求1所述的航空发动机尾喷管高性能专用隔热件，其特征在于，所述隔热件的周围阵列有安装孔。
4.根据权利要求1所述的航空发动机尾喷管高性能专用隔热件，其特征在于，所述无机硅预聚物为硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂中的一种或多种的混合物。
5.根据权利要求1所述的航空发动机尾喷管高性能专用隔热件，其特征在于，所述的抗燃纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、和陶瓷纤维中的任意一种或两种以上纤维。
6.根据权利要求1所述的航空发动机尾喷管高性能专用隔热件，其特征在于，所述的无卤阻燃剂是选自聚磷酸铵、氰尿酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺和铵磷酸盐的一种或多种混合物。
7.根据权利要求1所述的航空发动机尾喷管高性能专用隔热件，其特征在于，所述多孔发泡复合材料的生产方法，包括以下步骤：
步骤一、将抗燃纤维、无机硅预聚物和分散剂依次加入容器中搅拌；
步骤二、边搅拌边依次向容器中加入消泡剂、流平剂；
步骤三、将无卤阻燃剂分三次放入容器中，边搅拌边向容器中加入膨胀石墨并搅拌；
步骤四、在容器中加入氧化钛粉和发泡剂进行搅拌，有效增强材料稳定性；
步骤五、将步骤四中材料置于烘箱中干燥成型，温度为100℃～190℃。
8.根据权利要求7所述的航空发动机尾喷管高性能专用隔热件，其特征在于，所述步骤一和步骤二的搅拌速度为200～400rpm，所述步骤三和步骤四的搅拌速度为600～800rpm。
9.根据权利要求7所述的航空发动机尾喷管高性能专用隔热件，其特征在于，所述的膨胀石墨在160℃～180℃的温度范围内发泡，发泡倍率为350至400倍，或在200℃～250℃温度范围内发泡，发泡倍率为100至350倍。
10.一种航空发动机尾喷管高性能专用隔热件的应用，其特征在于，所述隔热件安装在尾喷管或者红外抑制器的一处或多处。
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2021
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