JP2001151199A - 熱防護システム - Google Patents
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Abstract
保守整備が容易であり、比較的に低コストであるとい
う、可撓性の断熱システムの利点が、宇宙飛行体の風上
側にも利用可能であるように、熱防護システムを形成す
ることである。 【解決手段】 特に宇宙飛行体の熱防護材として形成
された熱防護システムは、宇宙飛行体の外板に取付けら
れた断熱マット2を備えている。この断熱マットはセラ
ミック繊維複合材料からなる被覆層4〜7の少なくとも
1つの層を備えている。この被覆層自体は無機材料から
なるカバー8を備えている。その都度の要求に応じて、
繊維複合材料は無機繊維、特に酸化繊維、炭化繊維ある
いはこれらの混合物からなり、この繊維は同じ成分から
なるマトリックスに挿入されている。被覆層の取付けは
特に接着、縫合またはボタン連結によって行われる。宇
宙飛行体の低温構造体への取付けは接着連結によって行
われる。
Description
の大きな面積に取付けられた可撓性断熱マットを備え
た、熱防護システム、特に宇宙飛行体用の熱防護材に関
する。
入の際、すなわち地球の大気圏への再突入の際および惑
星、すなわち火星または金星および月の大気圏に突入す
る際に、宇宙飛行体は極端な空気力学的、空気熱的、空
気弾性的、機械的および音響的な負荷を受ける。従っ
て、宇宙飛行任務のこの重大な相のために、宇宙飛行体
の低温構造体は効果的な熱防護装置を備えている。この
熱防護装置は、全体の宇宙飛行任務の成功を危険にさら
さないために、この負荷に耐える。
(BURAN)のような再使用可能な宇宙往還機の場合、元々
企画されたヨーロッパのプロジェクトヘルメス(HERME
S) や将来の日本の軌道周回滑空機ホープ(HOPE) の場
合、下面、ノーズ範囲、翼前縁のような大きく負荷され
る範囲に、セラミックタイルまたはこけらや高温構造体
を、堅牢な熱防護システムとして取付けまたは設置する
ことが既に知られている。これに対して、この移行体の
風下側のために、冒頭に述べた可撓性の断熱マットが開
発された。この断熱マットはこの場所で低温構造体に接
着される。
であり、低温構造体や高温外壁の異なる膨張を吸収する
ために大きな可撓性を有し、取付けや保守整備が容易で
あり、比較的に低コストであるという、このような可撓
性の断熱システムの利点が、宇宙飛行体の風上側にも利
用可能であるように、冒頭に述べた種類の熱防護システ
ムを形成することである。他の課題は、このような可撓
性の断熱システムによって、低温構造体の大きな変形を
可能にし、薄い壁厚、ひいては宇宙飛行体全体の熱防護
システムの大幅な軽量化をもたらすことである。
い、断熱マットがセラミック繊維複合材料からなる少な
くとも1層の被覆層を備え、被覆層が無機材料からなる
カバーを備えていることによって解決される。
け個所からその都度生じる要求に相応して、本発明の有
利な実施形では、繊維複合材料は無機繊維、特に酸化さ
れた繊維または炭化された繊維あるいはそれらの混合物
からなっている。この繊維は同じ成分のマトリックス内
に挿入されている。
の外板(外皮)を形成することにより、宇宙飛行体の表
面に取付けられた断熱マット内への高温ガスの侵入を確
実に防止するという利点がある。防護層は同時に、発生
する空気熱的、機械的および音響的な負荷を大きな面積
で導入する。この負荷は続いてその下にある断熱マット
を経て伝達され、低温構造体の大きな面積に分配され、
この低温構造体内に導入される。防護層は更に、腐食破
壊機構や高温ガス酸化の発生をきわめて効果的に防止す
る。更に、本発明によるカバーの場合に、熱−光学的な
特性、特に吸収特性/放出特性を適当な材料選択によっ
て最適に調節可能である。本発明による熱防護システム
は触媒作用がきわめて弱いという利点がある。
着、縫合またはボタン連結によって行われる。宇宙乗り
物の低温構造体の取付けが接着連結、特に宇宙温度温度
によって硬化する特にシリコンをベースとした接着剤で
行われると有利である。
づいて本発明を詳しく説明する。図1,2に示した、宇
宙飛行体の構造部材のための熱防護材の構造は特に、天
体の大気への突入時に外面に発生する熱負荷に対して宇
宙飛行体を遮断する。そのために、熱防護材は先ず最初
に、宇宙飛行体の外板1に取付けられた可撓性の断熱マ
ット2を備えている。宇宙飛行体の低温構造体すなわち
外板1へのこの断熱マットの固定は、接着連結によって
行われ、ここでは層3として塗布された、宇宙温度で硬
化するシリコン接着剤によって行われている。断熱マッ
ト2は、図示した実施の形態の場合4層のセラミック被
覆層4〜7を備えている。図2では簡単にするために、
すべての被覆層が1枚の層として示してある。最も上側
の層7はその外面に、無機のカバー8を備えている。こ
のカバーは化合物SiOC、SiO 2、SiC 、SiBNC 、SiBN3C
をベースとした無機結合剤と、無機の充填材、特にSiB
6、SiC 、TiB2、Si3N4 、SiB3、ZrO2、ZrSi04か
らなる充填材またはこれらの成分の2つ以上の混合物か
らなる充填材とからなっている。
実施の形態の場合、接着剤、特にセラミック被覆層のマ
トリックスに類似する接着剤によって行われる。更に、
断熱マット2と被覆層の最も下側の層4の間の層9とし
て塗布される、普通のセラミック接着剤またはセラミッ
クセメントを、要求に応じて使用可能である。
合、セラミック被覆層14と断熱マット12の間には縫
合連結部が設けられている。この縫合連結部はセラミッ
ク糸15からなり、この糸は断熱マット12と、繊維セ
ラミック被覆層14の穴とを通って案内されている。そ
の際、要求に応じて、いろいろな縫合間隔および縫い目
幅を選択することができる。
この糸は、図4に示すように、外側から被覆層14に加
工された溝16に挿入可能である。溝の閉鎖または充填
は、付加的に積層可能な繊維複合層を介してまたはマト
リックス固有の材料を充填することによって行われる。
この連結部の外面には最後に、この図に示していない上
述の保護層と同じ保護層が塗布されている。宇宙飛行体
の外板11への断熱マット12の取付けはここでも同様
に、層13として塗布した接着剤によって行われる。
には、断熱マット22に対するセラミック被覆層24,
25の連結が、ボタン26〜26″′によって行われ
る。この連結はダブルボタン連結部として形成されてい
る。ボタンは図6に示すように上述の材料を有する接着
剤によって、あるいは図7のごとく被覆層24,25の
間での挟持によってこの被覆層に連結される。外層寄り
のボタン26〜26″′の頭は固定されたピンを備えて
いる。このピンは好ましくは、セラミック被覆層のマト
リックスと同じ材料からなっている。それによって、異
なる熱膨張を回避することができる。このピンは断熱マ
ット22を通って案内されている。
は、図8に示すように、押ボタン連結と類似の技術によ
ってあるいは座金28または締付け座金29によって形
成可能である。ボタン連結部のこの部分が低温構造体の
側にあり、それによって小さな熱負荷に曝されるので、
ここでは、セラミック材料のほかに、コスト的に望まし
い金属部品を使用することができる。ボタン連結部の残
りの部分はセラミック繊維複合材料またはモノリシック
セラミックスからなっている。この場合、モノリシック
セラミックス製のボタンは大量生産的に特に低コストで
押出し成形可能であるかまたは高温鋳造可能である。
ある。
細図である。
の実施の形態を示す図である。
る。
る。
る。
板) 2,12,22 断熱マット 4〜7,14,24,25 被覆層 8 カバー 15 糸 26,26′,26″,26″′ ボタン
Claims (20)
- 【請求項1】 宇宙飛行体の外板の大きな面積に取付け
られた可撓性断熱マットを備えた、熱防護システム、特
に宇宙飛行体用の熱防護材において、断熱マット(2,
12,22)がセラミック繊維複合材料からなる少なく
とも1層の被覆層(4〜7,14,24,25)を備
え、被覆層が無機材料からなるカバー(8)を備えてい
ることを特徴とする熱防護システム。 - 【請求項2】 被覆層(4〜7,14,24,25)の
繊維が酸化物をベースとした無機繊維からなっているこ
とを特徴とする請求項1記載の熱防護システム。 - 【請求項3】 被覆層(4〜7,14,24,25)の
繊維が二酸化珪素(SiO2)をベースとした繊維からなっ
ていることを特徴とする請求項2記載の熱防護システ
ム。 - 【請求項4】 被覆層(4〜7,14,24,25)の
繊維がアルミナ(Al 2O3)をベースとした繊維からなっ
ていることを特徴とする請求項2記載の熱防護システ
ム。 - 【請求項5】 被覆層(4〜7,14,24,25)の
繊維が酸化ジルコニウム(ZrO2)をベースとした繊維か
らなっていることを特徴とする請求項2記載の熱防護シ
ステム。 - 【請求項6】 被覆層のマトリックスが同じ酸化物また
はその混合物からなっていることを特徴とする請求項2
〜5のいずれか一つに記載の熱防護システム。 - 【請求項7】 折返し織物製の被覆層(4〜7,14,
24,25)の繊維が炭化物をベースとした無機繊維か
らなっていることを特徴とする請求項1記載の熱防護シ
ステム。 - 【請求項8】 被覆層(4〜7,14,24,25)の
繊維がシリコンカーバイド(SiC) をベースとした繊維か
らなっていることを特徴とする請求項7記載の熱防護シ
ステム。 - 【請求項9】 被覆層の繊維がシリコン、ホウ素、窒素
および炭素をベースとした混合炭化物からなっているこ
とを特徴とする請求項7記載の熱防護システム。 - 【請求項10】 被覆層のマトリックスが同様に混合炭
化物からなっていることを特徴とする請求項7〜9のい
ずれか一つに記載の熱防護システム。 - 【請求項11】 カバー(8)が無機結合剤と無機絶縁
材からなっていることを特徴とする請求項1〜10のい
ずれか一つに記載の熱防護システム。 - 【請求項12】 結合剤がSiOC、SiO2、SiC 、SiBNC
またはSiBN3Cからなっていることを特徴とする請求項
11記載の熱防護システム。 - 【請求項13】 充填剤がSiB6、SiC 、TiB2、Si3N
4 、SiB3、ZrO2、ZrSIO4またはこれらの成分の2つ
以上からなっていることを特徴とする請求項11記載の
熱防護システム。 - 【請求項14】 セラミック被覆層(4〜7)と断熱マ
ット(2)の連結が耐高温性の無機接着によって行われ
ていることを特徴とする請求項1〜13のいずれか一つ
に記載の熱防護システム。 - 【請求項15】 接着剤がSiC 、SiOC、SiO2またはAl
2O3 またはこれらの材料の2つ以上からなっているこ
とを特徴とする請求項14記載の熱防護システム。 - 【請求項16】 セラミック被覆層(14)と断熱マッ
ト(12)の連結がセラミック糸(15)によって行わ
れていることを特徴とする請求項1〜13のいずれか一
つに記載の熱防護システム。 - 【請求項17】 セラミック被覆層(24,25)と断
熱マット(22)の連結がセラミックボタン(26〜2
6″′)によって行われていることを特徴とする請求項
1〜13のいずれか一つに記載の熱防護システム。 - 【請求項18】 ボタン(16)がセラミック接着剤に
よって被覆層(24,25)に固定されていることを特
徴とする請求項17記載の熱防護システム。 - 【請求項19】 ボタン(26′)が被覆層(24,2
5)の間で挟持することによって固定されていることを
特徴とする請求項17記載の熱防護システム。 - 【請求項20】 断熱マット(2,12,22)と低温
構造体(1,11,21)の連結が、特にシリコンをベ
ースとした接着剤のような有機接着剤による接着によっ
て行われていることを特徴とする請求項1〜19のいず
れか一つに記載の熱防護システム。
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