RU2310588C1 - Active heat-protective coat for flying vehicle for protection against action of solid heat sources and high-velocity kinetic strikers - Google Patents
Active heat-protective coat for flying vehicle for protection against action of solid heat sources and high-velocity kinetic strikers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2310588C1 RU2310588C1 RU2006104746/11A RU2006104746A RU2310588C1 RU 2310588 C1 RU2310588 C1 RU 2310588C1 RU 2006104746/11 A RU2006104746/11 A RU 2006104746/11A RU 2006104746 A RU2006104746 A RU 2006104746A RU 2310588 C1 RU2310588 C1 RU 2310588C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- insulating body
- layer
- coat
- protective coat
- Prior art date
Links
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области баллистики, в частности к способам обеспечения высокоэффективной защиты элементов конструкций ракетно-космической техники, таких как обтекатели и головные части ракет, корпуса твердотопливных ракетных двигателей и несущих конструкций корпусов космических кораблей, ракет стратегического назначения, искусственных спутников Земли, автоматических межпланетных станций и т.д. от воздействия высокоинтенсивных объемных источников тепла (пучков ускоренных частиц, рентгеновских, микрочастиц и т.п.) и высокоскоростных кинетических ударников (пуль, осколков, микрометеоритов и других).The invention relates to the field of ballistics, in particular to methods for providing highly effective protection of structural elements of rocket and space technology, such as fairings and warheads of rockets, solid propellant rocket engines and supporting structures of spaceships, strategic missiles, artificial Earth satellites, automatic interplanetary stations etc. from the effects of high-intensity volume sources of heat (beams of accelerated particles, X-ray, microparticles, etc.) and high-speed kinetic projectiles (bullets, fragments, micrometeorites and others).
Известные сложные динамические объекты, к которым относятся рассматриваемые корпуса летательных аппаратов, оснащены теплозащитными покрытиями, не в достаточной мере обеспечивающими сохранение их функционирования в случае воздействия высокоинтенсивных источников тепла, как объемного, так и поверхностного распределения (пучков ускоренных частиц, рентгеновских, микрочастиц и т.п.), тем более защиты от высокоскоростных кинетических ударников (пуль, осколков, микрометеоритов и других), что свидетельствует о недостаточном уровне защищенности летательных аппаратов от воздействий современных и перспективных средств поражения стрелковым, космическим оружием и ПРО иностранных государств [1, 2, 3, 4, 5].Known complex dynamic objects, which include the aircraft bodies under consideration, are equipped with heat-shielding coatings that do not sufficiently ensure their functioning in the event of exposure to high-intensity heat sources, both volume and surface distribution (beams of accelerated particles, x-ray, microparticles, etc.). n.), especially protection from high-speed kinetic projectiles (bullets, fragments, micrometeorites and others), which indicates an insufficient level of protection STI aircrafts from the effects of modern and advanced means of destruction of small, space weapons and missile foreign countries [1, 2, 3, 4, 5].
Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому изобретению являются:The closest in technical essence to the claimed invention are:
- теплозащитное покрытие головной части [1], позволяющее снижать температуру защищаемого объекта за счет уноса массы теплозащитного покрытия набегающим потоком воздуха. Недостатком прототипа является возможность поражения объекта потоками энергии большой плотности и высокоскоростными кинетическими ударниками.- heat-protective coating of the head part [1], which allows to reduce the temperature of the protected object due to the ablation of the mass of the heat-protective coating by an incoming air stream. The disadvantage of the prototype is the ability to hit an object with high-density energy flows and high-speed kinetic projectiles.
- устройство головной части для космических транспортных средств, предназначенное для отвода тепла от головной части, содержащее пористое изоляционное тело ячеистой структуры, в ячейках которой расположен внутри заделанный или импрегнированный в них твердый теплопоглощающий материал, обладающий более низкой температурой плавления по сравнению с температурой испарения ячеистой структуры. При работе твердый материал - теплопоглотитель испаряется при эндотермической реакции и диссоциируется, в результате чего выделяется водород. Когда твердый материал - теплопоглотитель полностью дегазируется от водорода, материал ячеистой структуры будет плавиться в другом эндотермическом процессе для дальнейшего охлаждения головной части, что приводит к быстрой эрозии контура головной части и быстрому поступлению тепла через изоляционную систему к защищаемому объекту.- a head part device for space vehicles designed to remove heat from the head part, containing a porous insulating body of a cellular structure, in the cells of which is located a solid heat-absorbing material embedded or impregnated into them, having a lower melting temperature compared to the evaporation temperature of the cellular structure . During operation, a solid material - a heat sink absorbs during an endothermic reaction and dissociates, as a result of which hydrogen is released. When a solid heat-absorbing material is completely degassed from hydrogen, the cellular structure material will melt in another endothermic process for further cooling of the head, which leads to rapid erosion of the head part contour and rapid heat through the insulation system to the protected object.
Задачей изобретения является разработка теплозащитного покрытия, исключающего поражение корпуса летательного аппарата средствами космического оружия, высокоинтенсивными объемными источниками тепла (пучками ускоренных частиц, рентгеновских, микрочастиц и т.п.) и высокоскоростными кинетическими ударниками (пулями, осколками, микрометеоритами и другими), а также способного обеспечить эффективную термоударную защиту механических, электрических систем, конструкций летательных аппаратов от воздействия экстремальных условий атмосферы и температуры с возможностью самогерметизации при пробитии покрытия.The objective of the invention is to develop a heat-shielding coating that eliminates damage to the hull of the aircraft by means of space weapons, high-intensity volumetric heat sources (beams of accelerated particles, X-ray, microparticles, etc.) and high-speed kinetic projectiles (bullets, fragments, micrometeorites and others), as well as capable of providing effective thermal shock protection of mechanical, electrical systems, aircraft structures from the effects of extreme atmospheric conditions temperature with the possibility of self-sealing penetration during coating.
Требуемый технический результат достигается тем, что защищающее корпус летательного аппарата активное теплозащитное покрытие 1 выполнено многослойным из разнородных по материалу слоев, позволяющим обеспечить термоударную защиту объекта с возможностью самогерметизации в случае воздействия высокоинтенсивных объемных источников тепла (пучков ускоренных частиц, рентгеновских, микрочастиц и т.п.), высокоскоростных кинетических ударников (пуль, осколков, микрометеоритов и других). Теплозащитное покрытие наносится на наружную поверхность защищаемого объекта.The required technical result is achieved by the fact that the active heat-protective coating 1 protecting the aircraft’s body is multilayered from layers heterogeneous in material, which makes it possible to provide thermal shock protection of the object with the possibility of self-sealing in case of exposure to high-intensity volume heat sources (accelerated particle beams, x-ray, microparticles, etc. .), high-speed kinetic projectiles (bullets, fragments, micrometeorites and others). Thermal protective coating is applied to the outer surface of the protected object.
Первый слой 2 включает пористое изоляционное тело 3 ячеистой структуры, образующее множество мелких ячеек, в которых расположено теплопоглощающее жидкое вещество 4, имеющее температуру кипения ниже высокой температуры окружающей среды, выполненное в виде жидкого пароводорода, обеспечивающего эндотермическую химическую реакцию в присутствии катализатора, и мелко разделенный катализатор 5 реакции перехода от пара до ортоводорода, равномерно распределенный в пористом теле, в частности выполненный в виде гранулированного оксида трехвалентного железа. Пористое изоляционное тело 3 выполнено из высокотемпературного кремнийсодержащего пеноматериала, обладающего низкой теплопроводностью, при этом ячейки пористого тела составляют около 90% от объема изоляционного тела.The first layer 2 includes a porous insulating body 3 of a cellular structure, forming many small cells in which a heat-absorbing liquid substance 4 is located, having a boiling point below a high ambient temperature, made in the form of liquid steam providing an endothermic chemical reaction in the presence of a catalyst, and finely divided the catalyst 5 of the reaction of the transition from steam to orthohydrogen, uniformly distributed in a porous body, in particular, made in the form of a granular three-shaft oxide nt iron. The porous insulating body 3 is made of high-temperature silicon-containing foam having low thermal conductivity, while the cells of the porous body make up about 90% of the volume of the insulating body.
Следующий слой 6 выполнен из парафина, обладающего низкой температурой плавления, внутри которого расположена армирующая сетка 7, выполненная из материала, обладающего высокой теплопроводностью (алюминия).The next layer 6 is made of paraffin having a low melting point, inside of which is a reinforcing mesh 7 made of a material having high thermal conductivity (aluminum).
Третий слой 8 выполнен в виде сотовой структуры из медной фольги, заполненной вспучивающейся огнезащитной композицией 9, содержащей интеркалированный графит, перлит, метилфенилсилоксановый каучук, метилфенилсилоксановую смолу, кремнийсилазан, нитрид бора, систему растворителей (патент РФ №2190649 от 04.10.2000 г.) и способной запечатывать пробоины при высокотемпературном повреждении защищаемого объекта.The third layer 8 is made in the form of a honeycomb structure made of copper foil filled with an intumescent fire retardant composition 9 containing intercalated graphite, perlite, methyl phenyl siloxane rubber, methyl phenyl siloxane resin, silicon silazane, boron nitride, a solvent system (RF patent No. 2190649 dated 04.10.2000) and capable of sealing holes in case of high temperature damage to the protected object.
В качестве промежуточно-скрепляющего слоя 10 между поверхностью защищаемого элемента конструкции летательного аппарата и третьим слоем используется материал на основе базальтового и стекловолокна, обладающий высокими термостойкими характеристиками.As an intermediate-bonding layer 10 between the surface of the protected structural member of the aircraft and the third layer, material based on basalt and fiberglass is used, which has high heat-resistant characteristics.
Прототипом промежуточно-скрепляющего слоя является неметаллическая подложка, в которой используются ткани, ленты, иглопробивные материалы, войлоки и маты из полимерных и углеводородных волокон (патент РФ №2190649 от 04.10.2000 г.)The prototype of the intermediate bonding layer is a non-metallic substrate in which fabrics, tapes, needle-punched materials, felts and mats made of polymer and hydrocarbon fibers are used (RF patent No. 2190649 from 04.10.2000)
Недостатком такого слоя является малая огненепроницаемость и значительное газовыделение при воздействии высоких температур.The disadvantage of this layer is its low fire resistance and significant gas evolution when exposed to high temperatures.
Сотовая структура из медной фольги предназначена для повышения прочности вспучивающейся огнезащитной композиции, разноса локального тепла по большей поверхности и гашения кинетической энергии высокоскоростных ударников (осколков, пуль, микрометеоритов и других), а также поглощения ударной волны, распространяющейся с поверхности теплозащитного покрытия.The honeycomb structure made of copper foil is designed to increase the strength of the intumescent fire retardant composition, to disperse local heat over a larger surface and to quench the kinetic energy of high-speed projectiles (fragments, bullets, micrometeorites and others), as well as to absorb the shock wave propagating from the surface of the heat-protective coating.
Сравнительный анализ с прототипами показал, что новое техническое решение отличается использованием в активном теплозащитном покрытии разнородных по материалу слоев, состоящих из парафина, обладающего низкой температурой плавления, армирующей сетки, выполненной из материала, обладающего высокой теплопроводностью (алюминия), сминаемой сотовой структуры из медной фольги, заполненной вспучивающейся огнезащитной композицией, а также промежуточно-скрепляющего слоя между поверхностью защищаемого элемента конструкции объекта и третьим слоем с использованием стеклянных или базальтовых волокон, обладающих высокими термостойкими характеристиками, что соответствует "новизне" технического решения.A comparative analysis with prototypes showed that the new technical solution is characterized by the use of layers of heterogeneous material in the active heat-shielding coating, consisting of paraffin having a low melting point, a reinforcing mesh made of a material with high thermal conductivity (aluminum), a crumpled honeycomb structure made of copper foil filled with intumescent fire retardant composition, as well as an intermediate fastening layer between the surface of the protected structural element of the object and the third loem using glass or basalt fibers of high heat resistant characteristics, which corresponds to the "novelty" technical solutions.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен разрез активного теплозащитного покрытия:The invention is illustrated in the drawing, which shows a section of an active thermal barrier coating:
1. Слой из пористого изоляционного тела ячеистой структуры с теплопоглощающим жидким веществом и катализатором.1. A layer of a porous insulating body of a cellular structure with a heat-absorbing liquid substance and a catalyst.
2. Слой из парафина, армированный сеткой из алюминия.2. Paraffin layer reinforced with aluminum mesh.
3. Слой, представляющий собой сминаемую сотовую структуру из медной фольги, заполненную вспучивающейся огнезащитной композицией.3. A layer representing a crumpled honeycomb structure of copper foil filled with an intumescent fire retardant composition.
При воздействии на защищаемый объект высокоинтенсивных объемных источников тепла (пучков ускоренных частиц, рентгеновских, микрочастиц и т.п.), высокоскоростных кинетических ударников (пуль, осколков, микрометеоритов и других) происходит торможение, сопровождающееся выделением тепловой энергии и деформированием материалов слоев. Поглощение тепловой энергии осуществляется за счет эндотермической химической реакции перехода от пара до ортоводорода, плавления парафина и вспучивания огнезащитной композиции. Кроме того, осуществляется высокоэффективный отвод тепла из области его концентрации за счет быстрого переноса тепла алюминиевой сеточной структурой. При этом обеспечивается равномерное распределение теплового источника по корпусу летательного аппарата с целью обеспечения его равнопрочности.When high-intensity volume sources of heat (beams of accelerated particles, X-ray, microparticles, etc.), high-speed kinetic projectiles (bullets, fragments, micrometeorites and others) are exposed to the protected object, braking occurs, accompanied by the release of thermal energy and deformation of the layer materials. The absorption of thermal energy is carried out due to the endothermic chemical reaction of the transition from steam to orthohydrogen, melting of paraffin and expansion of the flame retardant composition. In addition, highly efficient heat is removed from its concentration due to the rapid heat transfer by the aluminum mesh structure. This ensures uniform distribution of the heat source over the aircraft body in order to ensure its equal strength.
Демпфирование динамического воздействия высокоскоростных кинетических ударников (пуль, осколков, микрометеоритов и других) на защищаемый объект осуществляется за счет деформации (смятия) слоя, состоящего из сотовой структуры медной фольги, заполненной вспучивающейся огнезащитной композицией. При повреждении защитного покрытия вспучивающаяся огнезащитная композиция заполняет область повреждения.The damping of the dynamic effects of high-speed kinetic projectiles (bullets, fragments, micrometeorites and others) on the protected object is carried out by deformation (crushing) of the layer consisting of the honeycomb structure of a copper foil filled with an intumescent fire retardant composition. If the protective coating is damaged, the intumescent fire retardant composition fills the area of damage.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет обеспечить эффективную термоударную защиту объекта в случае воздействия высокоинтенсивных объемных источников тепла (пучков ускоренных частиц, рентгеновских, микрочастиц и т.п.), высокоскоростных кинетических ударников (пуль, осколков, микрометеоритов), а также экстремальных условий атмосферы и температуры с возможностью самогерметизации при пробитии покрытия.Thus, the proposed technical solution allows to provide effective thermal shock protection of the object in the event of exposure to high-intensity volumetric heat sources (beams of accelerated particles, X-ray, microparticles, etc.), high-speed kinetic projectiles (bullets, fragments, micrometeorites), as well as extreme atmospheric conditions and temperatures with the possibility of self-sealing when breaking through the coating.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2190649 на изобретение от 04.10.2000 г. Вспучивающаяся огнезащитная композиция.1. RF patent No. 2190649 for the invention of 04.10.2000, intumescent fire retardant composition.
2. Патент РФ №2103295 на изобретение от 31.01.1994 г. Слоистое вспучивающееся огнезащитное покрытие.2. RF patent No. 2103295 for an invention dated January 31, 1994. Layered intumescent fire retardant coating.
3. Львов А.И. Конструкция, прочность и расчет систем ракет. М., ВА им. Ф.Э.Дзержинского, 1980.3. Lvov A.I. Design, strength and calculation of missile systems. M., VA F.E. Dzerzhinsky, 1980.
4. Партон В.З. Механика разрушения: от теории к практике. М.: Наука, 1990. 240 с.4. Parton V.Z. The mechanics of destruction: from theory to practice. M .: Nauka, 1990.240 s.
5. Зарубин B.C. Прикладные задачи термопрочности конструкций. М.: Машиностроение, 1985. 296 с.5. Zarubin B.C. Applied problems of thermal strength of structures. M.: Mechanical Engineering, 1985.296 s.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006104746/11A RU2310588C1 (en) | 2006-02-15 | 2006-02-15 | Active heat-protective coat for flying vehicle for protection against action of solid heat sources and high-velocity kinetic strikers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006104746/11A RU2310588C1 (en) | 2006-02-15 | 2006-02-15 | Active heat-protective coat for flying vehicle for protection against action of solid heat sources and high-velocity kinetic strikers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2310588C1 true RU2310588C1 (en) | 2007-11-20 |
Family
ID=38959365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006104746/11A RU2310588C1 (en) | 2006-02-15 | 2006-02-15 | Active heat-protective coat for flying vehicle for protection against action of solid heat sources and high-velocity kinetic strikers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2310588C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2481239C1 (en) * | 2012-01-27 | 2013-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) | Method of aircraft nose heat protection |
| CN106568354A (en) * | 2016-10-27 | 2017-04-19 | 北京航天长征飞行器研究所 | Novel heat preservation cylinder with temperature control function |
| RU2642471C1 (en) * | 2016-07-07 | 2018-01-26 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Casing shell of aircraft |
| RU2682099C2 (en) * | 2012-11-28 | 2019-03-14 | Зе Боинг Компани | High heat transfer rate reusable thermal protection system |
-
2006
- 2006-02-15 RU RU2006104746/11A patent/RU2310588C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2481239C1 (en) * | 2012-01-27 | 2013-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) | Method of aircraft nose heat protection |
| RU2682099C2 (en) * | 2012-11-28 | 2019-03-14 | Зе Боинг Компани | High heat transfer rate reusable thermal protection system |
| RU2642471C1 (en) * | 2016-07-07 | 2018-01-26 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Casing shell of aircraft |
| CN106568354A (en) * | 2016-10-27 | 2017-04-19 | 北京航天长征飞行器研究所 | Novel heat preservation cylinder with temperature control function |
| CN106568354B (en) * | 2016-10-27 | 2018-12-21 | 北京航天长征飞行器研究所 | A kind of heat-preservation cylinder with temperature control function |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Christiansen | Meteoroid/debris shielding | |
| Ince et al. | Overview of emerging hybrid and composite materials for space applications | |
| US9010229B2 (en) | Armour | |
| RU2310588C1 (en) | Active heat-protective coat for flying vehicle for protection against action of solid heat sources and high-velocity kinetic strikers | |
| JP3732126B2 (en) | Thermal defense structure | |
| Badhe et al. | Reticulated three-dimensional network ablative composites for heat shields in thermal protection systems | |
| US12065991B2 (en) | High temperature thermal protection system for rockets, and associated methods | |
| Christiansen et al. | Penetration equations for thermal protection materials | |
| US9427772B2 (en) | Fireproof bulkhead of a highly porous structure with intumescent coating and method for its production | |
| US6712318B2 (en) | Impact resistant surface insulation tile for a space vehicle and associated protection method | |
| US11192667B2 (en) | Multi-layered self-healing material system towards impact mitigation | |
| ES2267447T3 (en) | USE OF ELEMENTS OF A COMPOSITE CERAMIC MATRIX MATERIAL REINFORCED WITH FIBERS. | |
| US3395035A (en) | Resin impregnated ceramic heat shield and method of making | |
| Natali et al. | Composite materials: ablative | |
| Han et al. | Design and efficiency assessment of hybrid thermal protection structures for return capsule reentry | |
| Koo et al. | Silicone polymer composites for thermal protection of naval launching system | |
| Koo et al. | Comparison of ablative materials in a simulated solid rocket exhaustenvironment | |
| RU2622181C1 (en) | Thermal protection of unsealed compartments of aircraft powerplant | |
| WO2008097375A2 (en) | Encapsulated ceramic composite armor | |
| RU2771553C1 (en) | Complex heat-protective coating of metal structures of the airframe of high-speed aerial vehicles | |
| Khan | An investigation of the ablation behavior of advanced ultrahigh-temperature EPDM/epoxy insulation composites | |
| RU2759035C1 (en) | Two-layer heat-protective coating made of composite materials for protection of metal structures of gliders of hypersonic aircraft | |
| RU2249785C1 (en) | Active heat-resisting coating to protect dynamic objects from destructive flows of great density | |
| Przybyłek et al. | The Influence of Metal Reinforcement upon the Ablative Properties of Multi-Layered Composites | |
| RU2819145C1 (en) | Device for protection of inhabited objects against impact action of particles of space environment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090216 |