WO2023195876A1 - Thermal protection tiles and method of arranging same on a surface to be protected - Google Patents

Thermal protection tiles and method of arranging same on a surface to be protected Download PDF

Info

Publication number
WO2023195876A1
WO2023195876A1 PCT/RU2022/000250 RU2022000250W WO2023195876A1 WO 2023195876 A1 WO2023195876 A1 WO 2023195876A1 RU 2022000250 W RU2022000250 W RU 2022000250W WO 2023195876 A1 WO2023195876 A1 WO 2023195876A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
tiles
tile
loaded
cylinder
Prior art date
Application number
PCT/RU2022/000250
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Владимир Федорович ПЕТРИЩЕВ
Original Assignee
Владимир Федорович ПЕТРИЩЕВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2022109342A external-priority patent/RU2782288C1/en
Application filed by Владимир Федорович ПЕТРИЩЕВ filed Critical Владимир Федорович ПЕТРИЩЕВ
Publication of WO2023195876A1 publication Critical patent/WO2023195876A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C1/00—Fuselages; Constructional features common to fuselages, wings, stabilising surfaces or the like
    • B64C1/40—Sound or heat insulation, e.g. using insulation blankets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/52—Protection, safety or emergency devices; Survival aids
    • B64G1/58—Thermal protection, e.g. heat shields

Definitions

  • the invention relates to the field of rocket, space and aviation technology and can be used in creating thermal protection against external heat flows of rocket, space and aviation complexes moving at hypersonic speeds in the Earth's atmosphere.
  • the thermal protection of the Russian reusable spacecraft Buran of the USSR (yandex.ru/mages/search), which is launched into orbit around the Earth using the Energia launch vehicle and returned from orbit “like an airplane,” is known from the state of the art.
  • the thermal protection consists of individual heat-protective tiles of a rhombic shape. The method of placing them on the protected surface is to glue the tiles close to each other and to the protected surface with small gaps filled with adhesive.
  • a feature of the project which coincides with an essential feature of the invention, is the use of individual heat-protective tiles glued to the protected surface and to each other as thermal protection.
  • the disadvantage of such thermal protection is that when gluing tiles in rows when moving in the Earth's atmosphere at hypersonic speed the adhesive connection in the spaces between rows of tiles located in the direction of the plasma flow can burn out due to the action of the plasma flow, as a result of which the protected surface can heat up excessively and the tiles can break off from the protected surface.
  • the gaps between tiles during gluing should be chosen, on the one hand, sufficiently large so that when the body cools down, the tiles do not squeeze each other out and do not break off from the protected surface, and on the other hand, when heated by a plasma flow when moving at hypersonic speed in the Earth’s atmosphere, the gaps between the tiles should be small enough so that the inter-tile adhesive does not burn out plasma flow.
  • the disadvantage of such thermal protection may lie in the incompatibility of the requirements for the size of the gaps between the tiles in different operating modes.
  • the disadvantage of this technical solution is the lack of smoothness on the outer side of the layer of heat-protective tiles, which leads to the appearance of local vortices in the boundary layer of the plasma flow, resulting in an increase in the amount of external heat flow, as well as the amount of aerodynamic resistance to the movement of the body with the protected surface.
  • Heat-loaded and less heat-loaded edge heat-shielding tiles and a method for their placement on the protected surface are proposed, which ensure smoothness on the outer side of the layer of heat-shield tiles, which eliminates the possibility of local vortices in the boundary layer of the plasma flow and thereby improve the quality of the thermal protection.
  • the shape of a heat-loaded tile is a circular cylinder of a given radius and a given thickness, which has two parallel bases when glued, for example, to a plane, and two samples of material the size of the cylinder radius on each base. The samples are symmetrical in pairs relative to the horizontal axis of the cylinder. They start from the middle of the cylinder and converge on the generatrix of the cylinder.
  • the height of these samples is equal to half the thickness of the cylinder.
  • the heat-loaded tile is glued to the protected surface and sequentially to the previously glued heat-loaded tile of the formed row, as well as to two heat-loaded tiles of the previous row so that the heat-loaded tiles of the previous row fill both lower samples of the material of the glued heat-loaded tile.
  • two heat-loaded tiles of the next row are glued on top of the glued heat-loaded tile of the formed row so that the heat-loaded tiles of the subsequent row fill both upper samples of the material of the glued heat-loaded tile.
  • the direction of the rows of heat-loaded tiles is orthogonal to the direction of the plasma flow.
  • the method of placing heat-loaded tiles on the protected surface in rows orthogonal to the direction of the plasma flow, by analogy with the known placement, is called “fish scales”.
  • fish scales When using the “fish scale” method, none of the glued joints of heat-loaded tiles are directly exposed to the plasma flow, and the outer side of the layer of heat-protective tiles is ensured smooth.
  • the edge heat-protective tile is shaped like a circular cylinder, having a rectangle at the base with rounded ends and with radii of curvature equal to the radius of the cylinder of the heat-loaded tile.
  • the cylinder has two samples of material on the upper base, similar to samples of the material of the heat-loaded tile, and the thickness of the edge heat-protective tile in the direction of the plasma flow is constant up to the axis of the front rounding and is equal to the thickness of the heat-loaded tile, and then decreases linearly until the end of its rear rounding.
  • a row of edge thermal tiles precedes the first row of thermally loaded tiles, which are adhered to the edge thermal tiles.
  • a number of edge heat-protective tiles are placed on areas of the protected surface with a significantly lower external heat flux.
  • the objective of this invention is to develop heat-loaded and edge heat-protective tiles and a method for placing them on the protected surface, providing improved quality of heat protection by ensuring the smoothness of the outer side of the layer of heat-protective tiles.
  • the heat-loaded tile made with the possibility of gluing to the most heat-loaded areas of the protected surface in series with the same previously glued heat-protective tile of the resulting row of tiles, as well as to the adjacent tiles of the previous row, according to the invention is shaped like a circular cylinder of a given radius and a given thickness, having two parallel bases when gluing, for example, to a plane, and two samples of material with sides of each base, pairwise symmetrical relative to the horizontal axis of the cylinder and equal in size to the radius of the cylinder, and in height equal to half the thickness of the cylinder, each pair of samples starts from the middle of the cylinder and converges on the generatrix of the cylinder.
  • the edge heat-protective tile characterized by the fact that the shape is a circular cylinder with a base in the form of a rectangle with rounded ends, with radii of curvature equal to the radius of the cylinder of the heat-loaded tile, has two samples of material from the side of the upper base, similar to samples of material from a heat-loaded tile, and the thickness of the edge heat-protective tile in the direction of the plasma flow is constant up to the axis of the front rounding and is equal to the thickness of the heat-loaded tile, and then decreases linearly until the end of its rear rounding.
  • the problem is also solved in such a way that the method of placing heat-loaded and edge heat-protective tiles on the protected surface, including gluing to sections of the protected surface and sequentially close to the same previously glued heat-protective tiles of the formed and previous row, according to the invention, the heat-loaded tile is glued to the protected surface and sequentially to previously glued heat-loaded tiles of the formed row, as well as to two adjacent heat-loaded tiles of the previous row so that two adjacent heat-loaded tiles of the previous row fill both lower samples of the material of the glued heat-loaded tiles of the formed row, two adjacent heat-loaded tiles of the subsequent row are glued on top of the glued heat-loaded tile from above so that that each of them fills one the upper sample of material in the heat-loaded tile of the formed row, and the direction of the rows of heat-loaded tiles is orthogonal to the direction of the plasma flow, the edge heat-protective tiles are glued to the protected surface and sequentially to the previously glued tile of the formed row, orthogonal to the direction of the plasma flow.
  • Figure 1 shows projections of heat-loaded tiles onto the vertical and normal planes, on which the main elements of its design are visible.
  • Figure 2 shows the same projections of the edge heat-protective tiles.
  • Figure 3 shows a projection onto a vertical plane with cross section A-A of heat-loaded and edge heat-protective tiles placed on the protected surface according to the proposed method.
  • the heat-loaded tile is a circular cylinder with a radius of 200 mm and a thickness of 80 mm, which has two parallel bases when gluing, for example, to a plane, and two pairs of material samples with a radius of 200 mm on the side of each base, symmetrical in pairs about the horizontal axis cylinder. These samples start from the middle of the cylinder and converge on the generatrix of the cylinder. The height of the samples is 40 mm.
  • the shape of the edge heat-protective tile is a circular cylinder with a base of a rectangle 200 mm long with rounded ends and a radius of curvature equal to 200 mm.
  • the cylinder has two samples of material from the side of the upper base, equal in size to the cylinder radius of 200 mm and height of 40 mm.
  • the thickness of the edge heat-protective tile in the direction of the plasma flow is 80 mm up to the axis of the front rounding, and then linearly decreases to 40 mm until the end of its rear rounding.
  • the method of placing heat-loaded tiles is based on gluing them to sections of the protected surface and sequentially to the previously glued heat-loaded tiles of the formed row, as well as to two adjacent heat-loaded tiles of the previous row so that two adjacent heat-loaded tiles of the previous row fill both lower samples of the material of the glued heat-loaded tiles of the formed row .
  • Two adjacent heat-loaded tiles of the subsequent row are glued to the glued heat-loaded tile on top so that each of them fills one upper sample of material in the heat-loaded tile of the formed row, and the direction of the rows of heat-loaded tiles is orthogonal to the direction of the plasma flow.
  • the edge heat-protective tiles are glued close to one another so that they form a row orthogonal to the direction of the plasma flow.
  • the advantage of the proposed heat-protective tiles and the method of their placement on the protected surface in comparison with those known on the Buran and Starship spacecraft is that none of the glued joints of standard heat-protective tiles is under the direct influence of a plasma jet.
  • the gluing area of the heat-loaded tile is larger than the area of the base of the cylinder due to the gluing of heat-loaded tiles of the subsequent row to it, which increases the reliability of the thermal protection, including when exposed to vibrations of the protected surface.
  • the smooth outer side of the layer of thermal protection tiles eliminates the possibility of local turbulence in the boundary layer of the plasma flow, which improves the quality of the thermal protection.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Critical Care (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finishing Walls (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of aviation and cosmonautics. A high-heat tile for use in areas of a surface that are subject to high heat loads is formed in the shape of a circular cylinder of a given radius, having two parallel bases and, on each base, two recesses the size of the radius of the cylinder. An edge thermal protection tile is formed in the shape of a circular cylinder with a base in the form of a rectangle with rounded ends having a radius of curvature equal to the radius of the cylinder of a high-heat tile. A "fish scale" method of arranging thermal protection tiles on a surface to be protected is characterized in that a high-heat tile is adhered to the surface to be protected and to two adjacent high-heat tiles of the previous row; two adjacent tiles of the next row are then adhered from above to said high-heat tile. Edge thermal protection tiles are adhered to the surface to be protected and contiguously to the preceding adhered tile in the row under formation, the direction of the rows of thermal protection tiles being orthogonal to the direction of a plasma jet.

Description

ТЕПЛОЗАЩИТНЫЕ ПЛИТКИ И СПОСОБ ИХ РАЗМЕЩЕНИЯ НА ЗАЩИЩАЕМОЙ ПОВЕРХНОСТИ HEAT PROTECTIVE TILES AND THE METHOD OF THEIR PLACEMENT ON THE PROTECTED SURFACE
Область техники Technical field
Изобретение относится к области ракетно-космической и авиационной техники и может найти применение при создании тепловой защиты от внешних тепловых потоков ракетно-космических и авиационных комплексов, движущихся с гиперзвуковыми скоростями в атмосфере Земли. The invention relates to the field of rocket, space and aviation technology and can be used in creating thermal protection against external heat flows of rocket, space and aviation complexes moving at hypersonic speeds in the Earth's atmosphere.
Уровень техники State of the art
Из уровня техники известна тепловая защита российского многоразового космического корабля «Буран» СССР (yandex.ru/mages/search), выводимого на орбиту вокруг Земли с помощью ракеты-носителя «Энергия» и возвращаемого с орбиты «по-самолётному». Учитывая большое разнообразие типов защищаемых поверхностей последнего (передняя часть фюзеляжа, передние кромки крыльев, стабилизатора, элеронов и рулей направления, нижняя поверхность крыльев и днище фюзеляжа), теплозащита состоит из отдельных теплозащитных плиток ромбической формы. Способ их размещения на защищаемой поверхности состоит в приклеивании плиток вплотную друг к другу и к защищаемой поверхности с небольшими зазорами, заполняемыми клеящим веществом. Признаком проекта, совпадающим с существенным признаком изобретения, является использование в качестве теплозащиты отдельных приклеиваемых к защищаемой поверхности и друг к другу теплозащитных плиток. Недостаток такой теплозащиты состоит в том, что при приклеивании плиток рядами при движении в атмосфере Земли с гиперзвуковой скоростью клеевое соединение в промежутках между рядами плиток, расположенных по направлению плазменного потока, может выгорать за счёт действия плазменного потока, в результате чего защищаемая поверхность может излишне нагреваться и плитки могут откалываться от защищаемой поверхности. The thermal protection of the Russian reusable spacecraft Buran of the USSR (yandex.ru/mages/search), which is launched into orbit around the Earth using the Energia launch vehicle and returned from orbit “like an airplane,” is known from the state of the art. Considering the wide variety of types of protected surfaces of the latter (the front part of the fuselage, the leading edges of the wings, stabilizer, ailerons and rudders, the lower surface of the wings and the bottom of the fuselage), the thermal protection consists of individual heat-protective tiles of a rhombic shape. The method of placing them on the protected surface is to glue the tiles close to each other and to the protected surface with small gaps filled with adhesive. A feature of the project, which coincides with an essential feature of the invention, is the use of individual heat-protective tiles glued to the protected surface and to each other as thermal protection. The disadvantage of such thermal protection is that when gluing tiles in rows when moving in the Earth's atmosphere at hypersonic speed the adhesive connection in the spaces between rows of tiles located in the direction of the plasma flow can burn out due to the action of the plasma flow, as a result of which the protected surface can heat up excessively and the tiles can break off from the protected surface.
В качестве аналога можно привести теплозащиту многоразового космического корабля «Starship» компании SpaceX США (zen.yandex.ru/media/space/teplozascita-novogo-korablia-ilona-maska- starship-60745f735b891f511934f0f3), теплозащитные плитки которой имеют гексагональную форму, благодаря чему при приклейке плиток к защищаемой поверхности рядами плотно друг к другу не должно происходить выгорания клеевого соединения между плитками ввиду отсутствия протяжённых межплиточных соединений. Тем не менее, учитывая широкий тепловой диапазон температур самой защищаемой поверхности (приклейка плиток при цеховой температуре, захолаживание при заправке криогенным компонентом топлива, нагрев при движении в атмосфере Земли с гиперзвуковой скоростью), промежутки между плитками при приклеивании должны выбираться, с одной стороны, достаточно большими, чтобы при захолаживании корпуса плитки не выдавливали друг друга и не откалывались от защищаемой поверхности, а с другой стороны, при нагреве от плазменного потока при движении с гиперзвуковой скоростью в атмосфере Земли промежутки между плитками должны быть достаточно малыми, чтобы не происходило выгорание межплиточного клея плазменным потоком. Недостаток такой теплозащиты может заключаться в несовместимости требований к величине промежутков между плитками в разных режимах эксплуатации. В качестве прототипа можно привести теплозащитные плитки и способ их размещения на защищаемой поверхности (заявка № 2021124578 RU), включающие теплонагруженные и краевые теплозащитные плитки, размещаемые на защищаемой поверхности по способу «рыбной чешуи». Преимуществом предложенного решения технической проблемы является то, что ни один из склеиваемых стыков типовых теплозащитных плиток не оказывается под прямым воздействием плазменного потока. При этом площадь приклеивания теплозащитной плитки больше площади основания плитки благодаря приклеиванию к ней типовых теплозащитных плиток последующего ряда, что повышает надёжность работы теплозащиты, в том числе при воздействии вибраций защищаемой поверхности. Недостатком этого технического решения является отсутствие гладкости на внешней стороне слоя теплозащитных плиток, которое приводит к появлению локальных завихрений в пограничном слое плазменного потока, в результате чего возрастает величина внешнего теплового потока, а также величина аэродинамического сопротивления движению тела с защищаемой поверхностью. As an analogue, we can cite the thermal protection of the reusable spacecraft “Starship” of the US company SpaceX (zen.yandex.ru/media/space/teplozascita-novogo-korablia-ilona-maska-starship-60745f735b891f511934f0f3), the thermal protection tiles of which have a hexagonal shape, due to which When gluing tiles to the protected surface in rows close to each other, the adhesive connection between the tiles should not burn out due to the absence of extended inter-tile connections. However, taking into account the wide thermal range of temperatures of the most protected surface (gluing tiles at shop temperature, cooling when refueling with a cryogenic fuel component, heating when moving in the Earth’s atmosphere at hypersonic speed), the gaps between tiles during gluing should be chosen, on the one hand, sufficiently large so that when the body cools down, the tiles do not squeeze each other out and do not break off from the protected surface, and on the other hand, when heated by a plasma flow when moving at hypersonic speed in the Earth’s atmosphere, the gaps between the tiles should be small enough so that the inter-tile adhesive does not burn out plasma flow. The disadvantage of such thermal protection may lie in the incompatibility of the requirements for the size of the gaps between the tiles in different operating modes. As a prototype, we can cite heat-protective tiles and a method for their placement on the protected surface (application No. 2021124578 RU), including heat-loaded and edge heat-protective tiles placed on the protected surface using the “fish scale” method. The advantage of the proposed solution to the technical problem is that none of the glued joints of typical heat-protective tiles is under direct influence of the plasma flow. At the same time, the gluing area of the heat-protective tile is larger than the area of the base of the tile due to the gluing of standard heat-protective tiles of the subsequent row to it, which increases the reliability of the thermal protection, including when exposed to vibrations of the protected surface. The disadvantage of this technical solution is the lack of smoothness on the outer side of the layer of heat-protective tiles, which leads to the appearance of local vortices in the boundary layer of the plasma flow, resulting in an increase in the amount of external heat flow, as well as the amount of aerodynamic resistance to the movement of the body with the protected surface.
Таким образом, существующие теплозащитные плитки и способы их размещения на защищаемой поверхности нуждаются в усовершенствовании с целью повышения качества работы тепловой защиты. Thus, existing heat-protective tiles and methods of their placement on the protected surface need to be improved in order to improve the quality of thermal protection.
Раскрытие сущности изобретения Disclosure of the invention
Предлагаются теплонагруженная и менее теплонагруженная краевая теплозащитные плитки и способ их размещения на защищаемой поверхности, которые обеспечивают гладкость на внешней стороне слоя теплозащитных плиток, что исключает возможность возникновения локальных завихрений в пограничном слое плазменного потока и, тем самым, повышают качество работы теплозащиты. а. Теплонагруженная плитка по форме представляет собой круговой цилиндр заданного радиуса и заданной толщины, имеющий два параллельных основания при приклейке, к примеру, к плоскости, и по две выборки материала величиной радиуса цилиндра на каждом основании. Выборки попарно симметричны относительно горизонтальной оси цилиндра. Они начинаются от середины цилиндра и сходятся на образующей цилиндра. По высоте эти выборки равны половине толщины цилиндра. Приклеивается теплонагруженная плитка к защищаемой поверхности и последовательно к ранее приклеенной теплонагруженной плитке образуемого ряда, а также к двум теплонагруженным плиткам предыдущего ряда так, что теплонагруженные плитки предыдущего ряда заполняют обе нижние выборки материала приклеиваемой теплонагруженной плитки. В свою очередь, на приклеиваемую теплонагруженную плитку образуемого ряда сверху наклеиваются две теплонагруженные плитки последующего рада так, что теплонагруженные плитки последующего ряда заполняют обе верхние выборки материала приклеиваемой теплонагруженной плитки. Направление рядов теплонагруженных плиток ортогонально направлению плазменного потока. Способ размещения теплонагруженной плитки на защищаемой поверхности рядами, ортогональными направлению плазменного потока, по аналогии с известным размещением назван «рыбная чешуя». При использовании способа «рыбной чешуи» ни один из склеиваемых стыков теплонагруженных плиток не оказывается под прямым воздействием плазменного потока, а внешняя сторона слоя теплозащитных плиток обеспечивается гладкой. b. Краевая теплозащитная плитка по форме представляет собой круговой цилиндр, имеющий в основании прямоугольник с закруглёнными концами и с радиусами закругления, равными радиусу цилиндра теплонагруженной плитки. Цилиндр имеет две выборки материала на верхнем основании, аналогичные выборкам материала теплонагруженной плитки, а толщина краевой теплозащитной плитки по направлению плазменного потока постоянна до оси переднего закругления и равна толщине теплонагруженной плитки, а затем линейно уменьшается до окончания его заднего закругления. Ряд краевых теплозащитных плиток предшествует первому ряду теплонагруженных плиток, которые приклеиваются к краевым теплозащитным плиткам. Ряд краевых теплозащитных плиток размещается на участках защищаемой поверхности с существенно меньшим по величине внешним тепловым потоком. Heat-loaded and less heat-loaded edge heat-shielding tiles and a method for their placement on the protected surface are proposed, which ensure smoothness on the outer side of the layer of heat-shield tiles, which eliminates the possibility of local vortices in the boundary layer of the plasma flow and thereby improve the quality of the thermal protection. A. The shape of a heat-loaded tile is a circular cylinder of a given radius and a given thickness, which has two parallel bases when glued, for example, to a plane, and two samples of material the size of the cylinder radius on each base. The samples are symmetrical in pairs relative to the horizontal axis of the cylinder. They start from the middle of the cylinder and converge on the generatrix of the cylinder. The height of these samples is equal to half the thickness of the cylinder. The heat-loaded tile is glued to the protected surface and sequentially to the previously glued heat-loaded tile of the formed row, as well as to two heat-loaded tiles of the previous row so that the heat-loaded tiles of the previous row fill both lower samples of the material of the glued heat-loaded tile. In turn, two heat-loaded tiles of the next row are glued on top of the glued heat-loaded tile of the formed row so that the heat-loaded tiles of the subsequent row fill both upper samples of the material of the glued heat-loaded tile. The direction of the rows of heat-loaded tiles is orthogonal to the direction of the plasma flow. The method of placing heat-loaded tiles on the protected surface in rows orthogonal to the direction of the plasma flow, by analogy with the known placement, is called “fish scales”. When using the “fish scale” method, none of the glued joints of heat-loaded tiles are directly exposed to the plasma flow, and the outer side of the layer of heat-protective tiles is ensured smooth. b. The edge heat-protective tile is shaped like a circular cylinder, having a rectangle at the base with rounded ends and with radii of curvature equal to the radius of the cylinder of the heat-loaded tile. The cylinder has two samples of material on the upper base, similar to samples of the material of the heat-loaded tile, and the thickness of the edge heat-protective tile in the direction of the plasma flow is constant up to the axis of the front rounding and is equal to the thickness of the heat-loaded tile, and then decreases linearly until the end of its rear rounding. A row of edge thermal tiles precedes the first row of thermally loaded tiles, which are adhered to the edge thermal tiles. A number of edge heat-protective tiles are placed on areas of the protected surface with a significantly lower external heat flux.
Задачей этого изобретения является разработка теплонагруженной и краевой теплозащитных плиток и способа их размещения на защищаемой поверхности, обеспечивающих повышение качества работы теплозащиты благодаря обеспечению гладкости внешней стороны слоя теплозащитных плиток. The objective of this invention is to develop heat-loaded and edge heat-protective tiles and a method for placing them on the protected surface, providing improved quality of heat protection by ensuring the smoothness of the outer side of the layer of heat-protective tiles.
Поставленная задача решается таким образом, что теплонагруженная плитка, выполненная с возможностью приклеивания к наиболее теплонагруженным участкам защищаемой поверхности последовательно к такой же ранее приклеенной теплозащитной плитке образуемого при этом ряда плиток, а также к прилегающим плиткам предыдущего ряда, согласно изобретению по форме представляет собой круговой цилиндр заданного радиуса и заданной толщины, имеющий два параллельных основания при приклейке, к примеру, к плоскости, и по две выборки материала со стороны каждого основания, попарно симметричных относительно горизонтальной оси цилиндра и равных по величине радиусу цилиндра, а по высоте равных половине толщины цилиндра, каждая пара выборок начинается от середины цилиндра и сходится на образующей цилиндра. The problem is solved in such a way that the heat-loaded tile, made with the possibility of gluing to the most heat-loaded areas of the protected surface in series with the same previously glued heat-protective tile of the resulting row of tiles, as well as to the adjacent tiles of the previous row, according to the invention is shaped like a circular cylinder of a given radius and a given thickness, having two parallel bases when gluing, for example, to a plane, and two samples of material with sides of each base, pairwise symmetrical relative to the horizontal axis of the cylinder and equal in size to the radius of the cylinder, and in height equal to half the thickness of the cylinder, each pair of samples starts from the middle of the cylinder and converges on the generatrix of the cylinder.
Поставленная задача решается также таким образом, что краевая теплозащитная плитка, характеризующаяся тем, что по форме представляет собой круговой цилиндр с основанием в виде прямоугольника с закруглёнными концами, с радиусами закругления, равными радиусу цилиндра теплонагруженной плитки, имеет две выборки материала со стороны верхнего основания, аналогичные выборкам материала теплонагруженной плитки, а толщина краевой теплозащитной плитки по направлению плазменного потока постоянна до оси переднего закругления и равна толщине теплонагруженной плитки, а затем линейно уменьшается до окончания его заднего закругления. The problem posed is also solved in such a way that the edge heat-protective tile, characterized by the fact that the shape is a circular cylinder with a base in the form of a rectangle with rounded ends, with radii of curvature equal to the radius of the cylinder of the heat-loaded tile, has two samples of material from the side of the upper base, similar to samples of material from a heat-loaded tile, and the thickness of the edge heat-protective tile in the direction of the plasma flow is constant up to the axis of the front rounding and is equal to the thickness of the heat-loaded tile, and then decreases linearly until the end of its rear rounding.
Задача решается также таким образом, что способ размещения теплонагруженных и краевых теплозащитных плиток на защищаемой поверхности, включающий приклеивание к участкам защищаемой поверхности и последовательно вплотную к таким же ранее приклеенным теплозащитным плиткам образуемого и предыдущего ряда, согласно изобретению теплонагруженную плитку приклеивают к защищаемой поверхности и последовательно к ранее приклеенной теплонагруженной плитке образуемого ряда, а также к двум смежным теплонагруженным плиткам предыдущего ряда так, что две смежные теплонагруженные плитки предыдущего ряда заполняют обе нижние выборки материала приклеиваемой теплонагруженной плитки образуемого ряда, на приклеиваемую теплонагруженную плитку сверху приклеиваются две смежные теплонагруженные плитки последующего ряда так, что каждая из них заполняет собой по одной верхней выборке материала в теплонагруженной плитке образуемого ряда, а направление рядов теплонагруженных плиток ортогонально направлению плазменного потока, краевые теплозащитные плитки приклеиваются к защищаемой поверхности и последовательно к ранее приклеенной плитке образуемого ряда, ортогонального направлению плазменного потока. The problem is also solved in such a way that the method of placing heat-loaded and edge heat-protective tiles on the protected surface, including gluing to sections of the protected surface and sequentially close to the same previously glued heat-protective tiles of the formed and previous row, according to the invention, the heat-loaded tile is glued to the protected surface and sequentially to previously glued heat-loaded tiles of the formed row, as well as to two adjacent heat-loaded tiles of the previous row so that two adjacent heat-loaded tiles of the previous row fill both lower samples of the material of the glued heat-loaded tiles of the formed row, two adjacent heat-loaded tiles of the subsequent row are glued on top of the glued heat-loaded tile from above so that that each of them fills one the upper sample of material in the heat-loaded tile of the formed row, and the direction of the rows of heat-loaded tiles is orthogonal to the direction of the plasma flow, the edge heat-protective tiles are glued to the protected surface and sequentially to the previously glued tile of the formed row, orthogonal to the direction of the plasma flow.
Сущность изобретения поясняется чертежами элементов устройства. The essence of the invention is illustrated by drawings of the device elements.
На фиг. 1 приведены проекции теплонагруженной плитки на вертикальную и нормальную плоскости, на которых видны основные элементы её конструкции. In fig. Figure 1 shows projections of heat-loaded tiles onto the vertical and normal planes, on which the main elements of its design are visible.
На фиг. 2 приведены те же проекции краевой теплозащитной плитки. In fig. Figure 2 shows the same projections of the edge heat-protective tiles.
На фиг. 3 приведена проекция на вертикальную плоскость с поперечным сечением А-А теплонагруженных и краевых теплозащитных плиток, размещённых на защищаемой поверхности согласно предложенному способу. In fig. Figure 3 shows a projection onto a vertical plane with cross section A-A of heat-loaded and edge heat-protective tiles placed on the protected surface according to the proposed method.
На фигуре 3: In figure 3:
1 -защищаемая поверхность; 1 - protected surface;
2 - теплонагруженная плитка; 2 - heat-loaded tile;
3 - краевая теплозащитная плитка; 3 - edge heat-protective tile;
Осуществление изобретения Carrying out the invention
Пример возможной реализации предложенного технического решения. An example of a possible implementation of the proposed technical solution.
Теплонагруженная плитка представляет собой круговой цилиндр с радиусом 200 мм и толщиной 80 мм, который имеет два параллельных основания при приклейке, к примеру, к плоскости, и две пары выборок материала радиусом 200 мм со стороны каждого основания, попарно симметричных относительно горизонтальной оси цилиндра. Эти выборки начинаются от середины цилиндра и сходятся на образующей цилиндра. Высота выборок равна 40 мм. The heat-loaded tile is a circular cylinder with a radius of 200 mm and a thickness of 80 mm, which has two parallel bases when gluing, for example, to a plane, and two pairs of material samples with a radius of 200 mm on the side of each base, symmetrical in pairs about the horizontal axis cylinder. These samples start from the middle of the cylinder and converge on the generatrix of the cylinder. The height of the samples is 40 mm.
Краевая теплозащитная плитка по форме представляет собой круговой имеющий в основании прямоугольник длинной 200 мм с закруглёнными концами цилиндр с радиусами закругления, равными 200 мм. Цилиндр имеет две выборки материала со стороны верхнего основания, равные по величине радиусу цилиндра 200 мм и высотой 40 мм. Толщина краевой теплозащитной плитки по направлению плазменного потока равна 80 мм до оси переднего закругления, а затем линейно уменьшается до 40 мм до окончания его заднего закругления. The shape of the edge heat-protective tile is a circular cylinder with a base of a rectangle 200 mm long with rounded ends and a radius of curvature equal to 200 mm. The cylinder has two samples of material from the side of the upper base, equal in size to the cylinder radius of 200 mm and height of 40 mm. The thickness of the edge heat-protective tile in the direction of the plasma flow is 80 mm up to the axis of the front rounding, and then linearly decreases to 40 mm until the end of its rear rounding.
Способ размещения теплонагруженных плиток основан на приклеивании их к участкам защищаемой поверхности и последовательно к ранее приклеенной теплонагруженной плитке образуемого ряда, а также к двум смежным теплонагруженным плиткам предыдущего ряда так, что две смежные теплонагруженные плитки предыдущего ряда заполняют обе нижние выборки материала приклеиваемой теплонагруженной плитки образуемого ряда. На приклеиваемую теплонагруженную плитку сверху приклеиваются две смежные теплонагруженные плитки последующего рада так, что каждая из них заполняет собой по одной верхней выборке материала в теплонагруженной плитке образуемого ряда, а направление рядов теплонагруженных плиток ортогонально направлению плазменного потока. Краевые теплозащитные плитки приклеиваются вплотную одна к другой так, что образуют ряд, ортогональный направлению плазменного потока. При использовании данного технического решения обеспечивается гладкость поверхности на внешней стороне слоя плиток, что исключает возможность возникновения локальных завихрений в пограничном слое плазменного потока и, тем самым, повышается качество работы теплозащиты. Теплозащитные плитки и способ их размещения на защищаемой поверхности обеспечивают работу теплозащиты в различных условиях эксплуатации многоразовых объектов ракетно-космической и авиационной техники. При использовании способа «рыбной чешуи» ни один из склеиваемых стыков теплонагруженных плиток не оказывается под прямым воздействием плазменного потока, движущегося ортогонально рядам плиток, и, следовательно, не подвергается выгоранию. Внешняя сторона слоя теплозащитных плиток обеспечивается гладкой, что исключает возможность возникновения локальных завихрений в пограничном слое плазменного потока и, тем самым, повышается качество работы теплозащиты. The method of placing heat-loaded tiles is based on gluing them to sections of the protected surface and sequentially to the previously glued heat-loaded tiles of the formed row, as well as to two adjacent heat-loaded tiles of the previous row so that two adjacent heat-loaded tiles of the previous row fill both lower samples of the material of the glued heat-loaded tiles of the formed row . Two adjacent heat-loaded tiles of the subsequent row are glued to the glued heat-loaded tile on top so that each of them fills one upper sample of material in the heat-loaded tile of the formed row, and the direction of the rows of heat-loaded tiles is orthogonal to the direction of the plasma flow. The edge heat-protective tiles are glued close to one another so that they form a row orthogonal to the direction of the plasma flow. When using this technical solution, a smooth surface is ensured on the outer side of the layer of tiles, which eliminates the possibility of local turbulence in the boundary layer of the plasma flow and, thereby, improves the quality of the thermal protection. Thermal protection tiles and the method of their placement on the protected surface ensure the operation of thermal protection in various operating conditions of reusable objects of rocket, space and aviation technology. When using the “fish scale” method, none of the glued joints of heat-loaded tiles are directly exposed to the plasma flow moving orthogonally to the rows of tiles, and therefore are not subject to burnout. The outer side of the layer of heat-shielding tiles is ensured smooth, which eliminates the possibility of local turbulence in the boundary layer of the plasma flow and, thereby, improves the quality of the heat-shield.
Преимуществом предлагаемых теплозащитных плиток и способа их размещения на защищаемой поверхности по сравнению с известными на космических кораблях «Буран» и «Starship» является то, что ни один из склеиваемых стыков типовых теплозащитных плиток не оказывается под прямым воздействием плазменной струи. При этом площадь приклеивания теплонагруженной плитки больше площади основания цилиндра благодаря приклеиванию к ней теплонагруженных плиток последующего ряда, что повышает надёжность работы теплозащиты, в том числе при воздействии вибраций защищаемой поверхности. Гладкая внешняя сторона слоя теплозащитных плиток исключает возможность возникновения локальных завихрений пограничного слоя плазменного потока, что повышает качество работы теплозащиты. The advantage of the proposed heat-protective tiles and the method of their placement on the protected surface in comparison with those known on the Buran and Starship spacecraft is that none of the glued joints of standard heat-protective tiles is under the direct influence of a plasma jet. At the same time, the gluing area of the heat-loaded tile is larger than the area of the base of the cylinder due to the gluing of heat-loaded tiles of the subsequent row to it, which increases the reliability of the thermal protection, including when exposed to vibrations of the protected surface. The smooth outer side of the layer of thermal protection tiles eliminates the possibility of local turbulence in the boundary layer of the plasma flow, which improves the quality of the thermal protection.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Теплонагруженная плитка, выполненная с возможностью приклеивания к наиболее теплонагруженным участкам защищаемой поверхности последовательно к такой же ранее приклеенной теплозащитной плитке образуемого при этом ряда плиток, а также к прилегающим плиткам предыдущего ряда, отличающаяся тем, что по форме плитка представляет собой круговой цилиндр заданного радиуса и заданной толщины, имеющий два параллельных основания при приклейке, к примеру, к плоскости, и по две выборки материала со стороны каждого основания, попарно симметричных относительно горизонтальной оси цилиндра и равных по величине радиусу цилиндра, а по высоте равных половине толщины цилиндра, каждая пара выборок начинается от середины цилиндра и сходится на образующей цилиндра. 1. Heat-loaded tile, made with the possibility of gluing to the most heat-loaded areas of the protected surface sequentially to the same previously glued heat-protective tile of the resulting row of tiles, as well as to adjacent tiles of the previous row, characterized in that the shape of the tile is a circular cylinder of a given radius and a given thickness, having two parallel bases when gluing, for example, to a plane, and two samples of material from the side of each base, symmetrical in pairs relative to the horizontal axis of the cylinder and equal in size to the radius of the cylinder, and in height equal to half the thickness of the cylinder, each pair samples start from the middle of the cylinder and converge on the generatrix of the cylinder.
2. Краевая теплозащитная плитка, характеризующаяся тем, что по форме представляет собой круговой цилиндр с основанием в виде прямоугольника с закруглёнными концами, с радиусами закругления, равными радиусу цилиндра теплонагруженной плитки, имеет две выборки материала со стороны верхнего основания, аналогичные выборкам материала теплонагруженной плитки, а толщина краевой теплозащитной плитки по направлению плазменного потока постоянна до оси переднего закругления и равна толщине теплонагруженной плитки, а затем линейно уменьшается до окончания его заднего закругления. 2. The edge heat-protective tile, characterized by the fact that the shape is a circular cylinder with a base in the form of a rectangle with rounded ends, with radii of curvature equal to the radius of the cylinder of the heat-loaded tile, has two samples of material from the side of the upper base, similar to the samples of material of the heat-loaded tile, and the thickness of the edge heat-protective tile in the direction of the plasma flow is constant up to the axis of the front rounding and is equal to the thickness of the heat-loaded tile, and then decreases linearly until the end of its rear rounding.
3. Способ размещения теплонагруженных и краевых теплозащитных плиток на защищаемой поверхности, включающий приклеивание к участкам защищаемой поверхности и последовательно вплотную к таким же ранее приклеенным теплозащитным плиткам образуемого и предыдущего ряда, отличающийся тем, что теплонагруженную плитку приклеивают к защищаемой поверхности и последовательно к ранее приклеенной теплонагруженной плитке образуемого ряда, а также к двум смежным теплонагруженным плиткам предыдущего ряда так, что две смежные теплонагруженные плитки предыдущего ряда заполняют обе нижние выборки материала приклеиваемой теплонагруженной плитки образуемого ряда, на приклеиваемую теплонагруженную плитку сверху приклеиваются две смежные теплонагруженные плитки последующего ряда так, что каждая из них заполняет собой по одной верхней выборке материала в теплонагруженной плитке образуемого ряда, а направление рядов теплонагруженных плиток ортогонально направлению плазменного потока, краевые теплозащитные плитки приклеиваются к защищаемой поверхности и последовательно к ранее приклеенной плитке образуемого ряда, ортогонального направлению плазменного потока. 3. A method of placing heat-loaded and edge heat-protective tiles on the protected surface, including gluing to sections of the protected surface and sequentially close to the same previously glued heat-protective tiles of the formed and previous row, characterized in that the heat-loaded tile is glued to protected surface and sequentially to the previously glued heat-loaded tiles of the formed row, as well as to two adjacent heat-loaded tiles of the previous row so that two adjacent heat-loaded tiles of the previous row fill both lower samples of the material of the glued heat-loaded tile of the formed row, two adjacent heat-loaded tiles are glued on top of the glued heat-loaded tile tiles of the subsequent row so that each of them fills one upper sample of material in the heat-loaded tile of the formed row, and the direction of the rows of heat-loaded tiles is orthogonal to the direction of the plasma flow, the edge heat-protective tiles are glued to the protected surface and sequentially to the previously glued tile of the formed row, orthogonal to the direction plasma flow.
PCT/RU2022/000250 2022-04-07 2022-08-03 Thermal protection tiles and method of arranging same on a surface to be protected WO2023195876A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2022109342 2022-04-07
RU2022109342A RU2782288C1 (en) 2022-04-07 Heat-shielding tiles and the method for their placement on the protected surface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023195876A1 true WO2023195876A1 (en) 2023-10-12

Family

ID=88243289

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2022/000250 WO2023195876A1 (en) 2022-04-07 2022-08-03 Thermal protection tiles and method of arranging same on a surface to be protected

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023195876A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4190998A (en) * 1978-05-12 1980-03-04 Minnesota Mining And Manufacturing Company Pivotably interlocking rigid heat-resistant tiles
JPH0597099A (en) * 1991-10-07 1993-04-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Heat resistant tile
RU2690963C1 (en) * 2018-05-18 2019-06-07 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method of producing aircraft protective panel
RU2707211C2 (en) * 2014-11-20 2019-11-25 Авери Деннисон Корпорейшн Retroreflective article from tiles made by means of multistage cutting in cubes

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4190998A (en) * 1978-05-12 1980-03-04 Minnesota Mining And Manufacturing Company Pivotably interlocking rigid heat-resistant tiles
JPH0597099A (en) * 1991-10-07 1993-04-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Heat resistant tile
RU2707211C2 (en) * 2014-11-20 2019-11-25 Авери Деннисон Корпорейшн Retroreflective article from tiles made by means of multistage cutting in cubes
RU2690963C1 (en) * 2018-05-18 2019-06-07 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method of producing aircraft protective panel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pulliam et al. Implicit finite-difference simulations of three-dimensional compressible flow
Bowcutt Physics drivers of hypersonic vehicle design
BR102013029762A2 (en) SYSTEM AND METHOD FOR MINIMIZING WAVE DRAGESS THROUGH A BILATERALLY ASYMMETRIC DESIGN
Favaloro et al. Design analysis of the high-speed experimental flight test vehicle hexafly-international
Matalanis et al. High-speed experiments on combustion-powered actuation for dynamic stall suppression
Jentzsch et al. Using sweeping jets to trim and control a tailless aircraft model
Bushnell Supersonic aircraft drag reduction
Baydar et al. Vortex generators in a two-dimensional external-compression supersonic inlet
WO2023195876A1 (en) Thermal protection tiles and method of arranging same on a surface to be protected
RU2782288C1 (en) Heat-shielding tiles and the method for their placement on the protected surface
RU2773540C1 (en) Heat-protective tiles and the method for their placement on the protected surface
Barber et al. Current state of high speed propulsion: Gaps, obstacles and technological challenges in hypersonic applications
Kobayashi et al. Experimental study on aerodynamic characteristics of telescopic aerospikes with multiple disks
Bertram et al. Effects of boundary-layer displacement and leading-edge bluntness on pressure distribution, skin friction, and heat transfer of bodies at hypersonic speeds
D’Oriano et al. Aerothermodynamic study of a small hypersonic plane
Mehta Flow field computations over conical, disc and flat spiked body at Mach 6
Veismann et al. Effect of Leading-Edge Cranks on Stability and Control of Active-Flow-Control-Enabled Tailless Aircraft
Ferlemann Forebody and inlet design for the HIFiRE 2 flight test
US20200239124A1 (en) Rectification structure body and flying vehicle
Wolkovitch Joined-wing research airplane feasibility study
Killackey et al. Thermal-structural design study of an airframe-integrated Scramjet
Wartemann et al. Comparison of faceted and blunt lifting bodies for reentry flights
Taguchi et al. Hypersonic flight experiment plan of pre-cooled turbojet engine
Röntsch et al. Application of active flow control to a generic low aspect-ratio trapezoidal wing for high lift generation
Lawing et al. Inlet boundary-layer shapes on four aircraft forebodies at Mach 6

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22936662

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1