CN114046212B - 一种具有热变形补偿功能的复合隔热结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有热变形补偿功能的复合隔热结构,解决现有发动机燃烧室及喷管外壁包覆的隔热层,易产生热防护失效,甚至隔热层结构破坏的问题。该复合隔热结构包括依次搭接的多个隔热主体;相邻两个隔热主体相接端面上均设有搭接凸台,两个隔热主体通过相邻搭接凸台相接,相邻搭接凸台的搭接长度大于隔热主体与被防护件热变形之差的最大值;每个隔热主体包括由内向外依次叠放的内支撑层、N个吸/隔热复合层和1个外支撑层,N为大于等于1的整数;每个吸/隔热复合层包括由内向外依次叠放的隔热层、烧蚀防热层和吸热层,相邻隔热主体之间具有热变形补偿能力,可以防止因隔热主体与被防护件之间的热变形不同,导致被防护件高温表面裸露。

Description

一种具有热变形补偿功能的复合隔热结构
技术领域
本发明涉及发动机热防护领域,具体涉及一种具有热变形补偿功能的复合隔热结构。
背景技术
超燃冲压发动机及RBCC发动机等高超声速吸气式发动机工作在高超声速来流条件下,发动机燃烧室组织燃烧,燃气温度高达3000K,即使采用现有主动冷却热防护措施,燃烧室及喷管的壁面温度也在1000K左右。因此,为满足总体对附件舱温度的要求,在燃烧室及喷管外壁包覆隔热层。
发动机工作过程中,燃烧室、喷管及其表面包覆的隔热层在复杂力/热耦合作用下将产生结构变形。燃烧室和喷管总长接近3m,燃烧室和喷管材料温度从常温升高1000K,变形伸长长度超过30mm。由于各组件的材料、温度及受力情况等存在较大差异,导致其变形量也各不相同。而现有燃烧室及喷管外壁包覆的隔热层并未考虑结构变形,很可能会产生局部热应力集中和热防护失效,甚至导致隔热层结构破坏。
发明内容
为了解决现有发动机燃烧室及喷管外壁包覆的隔热层,未考虑在复杂力/热耦合作用下产生的结构变形,易产生热防护失效,甚至导致隔热层结构破坏的技术问题,本发明提供了一种具有热变形补偿功能的复合隔热结构。
为实现上述目的,本发明提供的技术方案是:
一种具有热变形补偿功能的复合隔热结构,其特殊之处在于:包括依次搭接的多个隔热主体;
相邻两个隔热主体相接端面上均设有搭接凸台,两个隔热主体通过相邻搭接凸台相接,相邻搭接凸台的搭接长度大于隔热主体与被防护件热变形之差的最大值;
每个所述隔热主体包括由内向外依次叠放的内支撑层、N个吸/隔热复合层和1个外支撑层,N为大于等于1的整数;
每个所述吸/隔热复合层包括由内向外依次叠放的隔热层、烧蚀防热层和吸热层。
进一步地,所述隔热层的材料为陶瓷纤维纸或气凝胶;
所述烧蚀防热层的材料为高硅氧布/酚醛树脂复合材料;
所述吸热层的材料为阻燃型硅橡胶。
进一步地,所述吸/隔热复合层的层数为2~10。
进一步地,所述搭接凸台抵靠在相邻隔热主体相接端面,搭接凸台的长度L>α,α为隔热主体与被防护件热变形之差的最大值。
进一步地,所述内支撑层和外支撑层均为不锈钢板。
进一步地,所述隔热主体上开设有长条孔,通过螺钉穿过长条孔与被防护件连接;
所述长条孔的长度方向沿被防护件最大变形方向,且长条孔的长度h满足条件式:h≥2R+α,R为长条孔端部半圆的半径。
进一步地,所述螺钉与长条孔内壁之间设有隔热垫片。
与现有技术相比,本发明的优点是:
1、本发明复合隔热结构由多个隔热主体搭接而成,相邻隔热主体之间具有一定的热变形补偿能力,可以防止因隔热主体与被防护件(发动机)之间的热变形不同,导致被防护件(发动机)高温表面裸露在外面;以及复合隔热结构的吸/隔热复合层由内向外依次叠放的隔热层、烧蚀防热层和吸热层构成,将隔热层放在热端,隔热效果明显,同时能够避免烧蚀防热层和吸热层直接接触被防护件(发动机的高温金属壁面),导致着火事故的发生,提高隔热效果和使用安全性。
2、本发明复合隔热结构由多个隔热主体拼装组合而成,能够适应于不同复杂外表面形状的被防护件,复合隔热结构使用过程中若出现局部破坏,只需更换破损部分,使用维护性方便,且成本较低。
3、本发明隔热主体上开设有长条孔,隔热主体与被防护件之间采用螺钉连接,简单可靠,且隔热主体上长条孔的长度方向沿被防护件(发动机)的最大变形方向,可消除因隔热主体与被防护件(发动机)之间热变形不匹配产生的局部结构破坏。另外,螺钉与隔热主体之间安装隔热垫片,有效避免了螺钉“热短路”问题。
附图说明
图1是本发明具有热变形补偿功能的复合隔热结构局部结构示意图(仅示出相邻两个隔热主体);
图2是本发明具有热变形补偿功能的复合隔热结构实施例中隔热主体的结构示意图;
图3是本发明具有热变形补偿功能的复合隔热结构中长条孔处的结构示意图;
其中,附图标记如下:
01-被防护件;
1-隔热主体,11-内支撑层,12-吸/隔热复合层,13-外支撑层,14-长条孔,2-搭接凸台。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
现有产品结构设计中未充分考虑发动机各组件之间的热变形匹配问题,易产生局部热应力集中和热防护失效,甚至导致隔热层结构破坏。因此,需要研制一种能够用于高超声速动力装置的尺寸紧凑、可维护强、且具备热变形补偿功能的隔热结构。
如图1所示,本发明一种具有热变形补偿功能的复合隔热结构,由依次搭接的多个隔热主体1组合而成;相邻两个隔热主体1之间设有搭接件,两个隔热主体1通过搭接件实现相接。本实施例被防护件01为发动机,考虑发动机整体尺寸较长,轴向变形过大,为确保复合隔热结构与发动机热变形匹配,复合隔热结构其由沿轴向依次搭接的多个隔热主体1组合而成。
搭接件包括分别设置在相邻两个隔热主体1相接端面上的两个搭接凸台2,其中一个搭接凸台2位于其中一个隔热主体1相接端面的上部,且端部抵靠在另一个隔热主体1相接端面;另一个搭接凸台2位于另一个隔热主体1相接端面的下部,且端部抵靠在所述其中一个隔热主体1相接端面,位于上部搭接凸台2的下表面与位于下部搭接凸台2的上表面相抵靠,搭接凸台2的长度L>α,α为复合隔热结构与被防护件01(发动机金属基体)热变形之差的最大值。
如图2所示,每个隔热主体1为多层结构,最内层是作为支撑结构的内支撑层11,最外层是作为支撑结构的外支撑层13,内支撑层11和外支撑层13均为不锈钢板;内支撑层11和外支撑层13之间设有至少一层吸/隔热复合层12,吸/隔热复合层12的层数可为2~10。不同层吸/隔热复合层12的厚度可相同,也可不相同,即不同吸/隔热复合层12的隔热层、烧蚀防热层和吸热层的厚度可根据实际需要进行设计为相同,也可设计不同。
每个吸/隔热复合层12包括由内(热端)向外(冷端)依次叠放的隔热层、烧蚀防热层和吸热层。本实施例隔热层的材料可为陶瓷纤维纸或气凝胶;烧蚀防热层的材料为高硅氧布/酚醛树脂复合材料;吸热层的材料为阻燃型硅橡胶布;本实施例将陶瓷纤维纸(或气凝胶)放在热端,隔热效果明显,能够避免高硅氧布/酚醛树脂复合材料或硅橡胶布直接接触发动机高温金属壁面,导致着火。
隔热主体1主要由若干吸/隔热复合层12叠加而成,对于发动机热防护要求不同,吸/隔热复合层12的层数以及吸/隔热复合层12的厚度也不相同,吸/隔热复合层12的层数及厚度具体确定如下:①明确热防护要求(包括隔热主体1冷面温度以及隔热主体1空间约束δ);②假设吸/隔热复合层12的层数为N,并给定吸/隔热复合层12的厚度δi,要求其满足
Figure BDA0003384168620000041
③开展传热计算;④分析传热计算结果,若满足/>
Figure BDA0003384168620000042
则吸/隔热复合层12的层数N以及各吸/隔热复合层12的厚度δi满足要求,若不满足,则重新设计吸/隔热复合层12的层数以及吸/隔热复合层12的厚度,重复上述步骤②~④,直至满足要求。
本实施例隔热主体1上开设有沿隔热主体1轴向的长条孔14,通过螺钉穿过长条孔14与发动机金属壁面连接,隔热主体1连接在发动机的金属壁面上,且隔热主体1可相对发动机金属壁面轴向移动。本实施例螺钉可采用紧固螺钉。
如图3所示,长条孔14的两端为半圆形结构,长条孔14的长度方向沿发动机最大变形方向,本实施例长条孔14的长度方向为沿隔热主体1轴向,且满足h≥2R+α,R为长条孔14端部半圆的半径。螺钉与长条孔14内壁之间设有隔热垫片,实现紧固螺钉与隔热板之间安装隔热垫片,有效避免了螺钉热短路问题。
本实施例隔热主体1的中部由若干层吸/隔热复合层12叠加而成,根据热环境的不同,可以选择不同层数的吸/隔热复合层12以及不同厚度吸/隔热复合层12组合,以满足不同的热防护要求;复合隔热结构由多个隔热主体1拼装组合而成,实现分段模块化组合结构,能够适应不同的复杂外表面形状,产品使用过程中若出现局部破坏,只需更换破损部分,使用维护性方便,且成本较低。隔热主体1采用“隔热+吸热”复合防热方式,使得复合隔热结构具有较广范的适用范围。相邻隔热主体1之间设置搭接件,具有一定的热变形补偿能力,可以防止因隔热主体1与发动机金属壁面之间的热变形不同,导致发动机高温金属表面裸露在外面。
本实施例复合隔热结构在RBCC试飞器概念机阶段进行了3次长程热防护试验,并从中得到充分的验证,结果表明复合隔热结构设计可靠、有效,本实施例复合隔热结构还可以推广到其余各型发动机隔热层外包覆方案中。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述,并不将本发明的技术方案限制于此,本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (7)

1.一种具有热变形补偿功能的复合隔热结构,其特征在于:包括依次搭接的多个隔热主体(1);
相邻两个隔热主体(1)相接端面上均设有搭接凸台(2),两个隔热主体(1)通过相邻搭接凸台(2)相接,相邻搭接凸台(2)的搭接长度大于隔热主体(1)与被防护件(01)热变形之差的最大值;
每个所述隔热主体(1)包括由内向外依次叠放的内支撑层(11)、N个吸/隔热复合层(12)和1个外支撑层(13),N为大于等于1的整数;
每个所述吸/隔热复合层(12)包括由内向外依次叠放的隔热层、烧蚀防热层和吸热层。
2.根据权利要求1所述具有热变形补偿功能的复合隔热结构,其特征在于:所述隔热层的材料为陶瓷纤维纸或气凝胶;
所述烧蚀防热层的材料为高硅氧布/酚醛树脂复合材料;
所述吸热层的材料为阻燃型硅橡胶。
3.根据权利要求2所述具有热变形补偿功能的复合隔热结构,其特征在于:所述吸/隔热复合层(12)的层数为2~10。
4.根据权利要求1至3任一所述具有热变形补偿功能的复合隔热结构,其特征在于:所述搭接凸台(2)抵靠在相邻隔热主体(1)相接端面,搭接凸台(2)的长度L>α,α为隔热主体(1)与被防护件(01)热变形之差的最大值。
5.根据权利要求4所述具有热变形补偿功能的复合隔热结构,其特征在于:所述内支撑层(11)和外支撑层(13)均为不锈钢板。
6.根据权利要求5所述具有热变形补偿功能的复合隔热结构,其特征在于:所述隔热主体(1)上开设有长条孔(14),通过螺钉穿过长条孔(14)与被防护件(01)连接;
所述长条孔(14)的长度方向沿被防护件(01)最大变形方向,且长条孔(14)的长度h满足条件式:h≥2R+α,R为长条孔(14)端部半圆的半径。
7.根据权利要求6所述具有热变形补偿功能的复合隔热结构,其特征在于:所述螺钉与长条孔(14)内壁之间设有隔热垫片。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114537683A (zh) * 2022-03-11 2022-05-27 中国航空制造技术研究院 一种复合防火隔热结构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008147267A (ja) * 2006-12-07 2008-06-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置とその製造方法、および放熱板付きリードフレーム
CN109026394A (zh) * 2018-06-12 2018-12-18 北京空天技术研究所 热防护结构变形补偿方法及热防护装置
CN109648931A (zh) * 2017-10-11 2019-04-19 通用汽车环球科技运作有限责任公司 多层热阻隔件
CN112761793A (zh) * 2021-02-03 2021-05-07 中南大学 一种旋转爆震发动机燃烧室壁面隔热/防爆一体化热防护结构

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0533431A (ja) * 1991-08-02 1993-02-09 Oriental Metal Seizo Kk 断熱パネル
FR2752916B1 (fr) * 1996-09-05 1998-10-02 Snecma Chemise de protection thermique pour chambre de combustion de turboreacteur
EP1118806A1 (de) * 2000-01-20 2001-07-25 Siemens Aktiengesellschaft Thermisch belastbare Wand und Verfahren zur Abdichtung eines Spaltes in einer thermisch belasteten Wand
JP2004036443A (ja) * 2002-07-02 2004-02-05 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd ガスタービンシュラウド構造
EP2522907A1 (de) * 2011-05-12 2012-11-14 Siemens Aktiengesellschaft Hitzeschildanordnung
CN210107678U (zh) * 2019-03-25 2020-02-21 丹华海洋工程装备(上海)有限公司 一种海工空调箱用全封闭式自隔热高强度框架

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008147267A (ja) * 2006-12-07 2008-06-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置とその製造方法、および放熱板付きリードフレーム
CN109648931A (zh) * 2017-10-11 2019-04-19 通用汽车环球科技运作有限责任公司 多层热阻隔件
CN109026394A (zh) * 2018-06-12 2018-12-18 北京空天技术研究所 热防护结构变形补偿方法及热防护装置
CN112761793A (zh) * 2021-02-03 2021-05-07 中南大学 一种旋转爆震发动机燃烧室壁面隔热/防爆一体化热防护结构

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