一種軸對稱高超聲速飛行器周向熱防護裝置製造方法
2023-07-17 22:50:46
一種軸對稱高超聲速飛行器周向熱防護裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種軸對稱高超聲速飛行器周向熱防護裝置，採用多片複合蒙皮沿飛行器圓周向螺接，倆塊複合蒙皮之間其對接面有間隙；在複合蒙皮下方設置散熱槽，散熱槽內放置熱密封膠填充物，螺接的外螺孔的尺寸略大於螺釘頭的膨脹長度。複合蒙皮各層採用多項倒錐單埋結構連接。本發明避免高超聲速飛行器飛行過程中由燒蝕作用使防護材料造成脫落，而且易於熱防護材料及內部結構的裝配。
【專利說明】一種軸對稱高超聲速飛行器周向熱防護裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及高超聲速飛行器技術熱防護領域，特別是涉及一種軸對稱高超聲速飛行器周向熱防護裝置。
【背景技術】
[0002]高超聲速飛行器一般是指飛行速度超過5倍音速有翼或無翼飛行器。高超聲速飛行器研發過程中遇到重大難題就是氣動加熱問題，即所謂熱障。它主要是飛行器飛行時由於激波和粘性的作用，使其周圍空氣溫度急劇升高，形成劇烈的氣動加熱環境，使一般飛行器結構無法承受。
[0003]在超聲速飛行器外部氣動熱防護中，矽基複合材料或碳基複合材料是常用的熱防護材料，準確預示這類絕熱材料燒蝕過程中的溫度分布，對於發動機及飛行器結構設計意義重大。其製作工藝有多種，可以將S102玻璃纖維浸潰酚醛樹脂纏繞固化，或用玻璃纖維織成的布浸潰酚醛樹脂疊層固化，或用亂玻璃纖維調入酚醛樹脂後模壓成形。其燒蝕過程分為四個階段，如果材料為含有玻璃纖維等的矽基複合材料，其燒蝕過程中除了有碳化層、熱解層和基體層外，表面還存在一定的熔融物。這類材料有一個共同點，即在熱解碳化過程中，材料內部釋放出熱解氣體，結構逐漸呈現出多孔介質結構。
[0004]其燒蝕物理過程具體如下:
[0005](I)發動機點火開始後，壁面溫度不高，尚未達到材料的熱解溫度，材料機械強度較大，燃氣與粒子流對絕熱材料表面的燒蝕作用較弱，除了微弱的化學燒蝕外，在絕熱層碳化之前，沒有機械侵蝕發生。在絕熱層內只有熱傳導發生，且絕熱層內只存在基體層。
[0006](2)隨著燒蝕表面溫度的不斷升高，材料中的高聚物逐漸開始分解，釋放出熱解氣體，材料密度隨之降低。由於材料熱解過程中仍具有一定的結構強度，絕熱層表面的退移量很小。絕熱層內存在熱解層和基體層，熱解氣體的產生使得傳導和對流同時存在；
[0007](3)隨著熱解進行完畢，表面溫度持續升高，材料內逐漸出現碳化物質。本階段，由內向外分別存在基體層、熱解層和碳化層。碳化層物質結構強度明顯降低，在碳化層內，孔隙率較大，外界氧化性氣體擴散到碳化層內與碳反應，消耗碳化層質量，使得孔隙率逐漸變大，碳化層密度逐漸降低，當密度低於臨界值時，由於此部分碳化物質強度太低，將被燃氣衝刷燒蝕掉，表面開始產生退移。熱解層向內部退移，燒蝕表面也在不斷向內推進。由於顆粒撞擊，機械侵蝕也發生作用，加速了表面退移率，但是顆粒在表面的沉積對碳化層也起到了一定的隔熱保護作用。絕熱層內傳導和對流同時存在。
[0008]複合材料通常為整體結構，不方便內部結構的裝配，另外由於整體結構其加工精度不高，在高速飛行過程中在燒蝕的作用下容易造成脫落，起不到防護作用。將影響高超聲速飛行器的穩定性、落點精度和機動性，以及飛行器的升阻力、穩定性和操縱性。
【發明內容】
[0009]本發明針對現有防護材料結構所存在的技術問題，提供了一種軸對稱高超聲速飛行器周向熱防護裝置，避免高超聲速飛行器飛行過程中由燒蝕作用使防護材料造成脫落，而且易於熱防護材料及內部結構的裝配。
[0010]為實現上述問題，本發明採用如下的技術方案:
[0011]一種軸對稱高超聲速飛行器周向熱防護裝置，採用多片複合蒙皮11沿飛行器圓周向螺接，倆塊複合蒙皮11之間其對接面有間隙；在複合蒙皮11下方設置散熱槽6，散熱槽內放置熱密封膠填充物，螺接的外螺孔5的尺寸略大於螺釘頭的膨脹長度。
[0012]所述填充物為室溫固化有機矽D03RTV。
[0013]所述螺釘頭的膨脹長度=螺釘頭金屬長度*溫度差*熱膨脹係數。
[0014]所述複合蒙皮各層採用多項倒錐單埋結構連接。
[0015]本發明燒蝕熱防護還具有:有效、可靠、自適應、重量輕、工藝簡單、便於搬運和儲存等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1:本發明裝配後縱向剖面視圖；
[0017]圖2:複合蒙皮結構鉚接示意圖；
[0018]圖3:複合蒙皮裝配示意圖；
[0019]圖4:複合蒙皮結構示意圖；
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發明進行詳細的描述。
[0021]本發明採用的技術方案如圖1、3、4所示，採用多片複合蒙皮11沿飛行器圓周向對接，倆塊複合蒙皮11之間其對接面有間隙。裝配後如圖3所示，高溫氣體通過熱傳遞通過複合蒙皮11對接面縫隙沿飛行器徑向遊走，在複合蒙皮11下方設置散熱槽6，散熱槽內放置熱密封膠填充物，填充物為室溫固化有機矽D03RTV(滬Q / GHAG47-98)，可有效做好有效的熱密封、熱防護。
[0022]一種複合蒙皮11的內部結構如圖2所示，複合蒙皮11由玻璃鋼I和鈦合金3複合組成，玻璃鋼I和鈦合金3利用雙面倒錐結構的鈦合金連接塊2複合連接，這種單面埋方式可以有效防止脫出。玻璃鋼採用高矽氧-酚醛模壓成型工藝，原材料為:酚醛樹脂(GJB1331-91)，高矽氧玻璃纖維(GJB1679-93)。玻璃鋼I厚度滿足熱防護設計要求。鈦合金3厚度由高超聲速飛行器結構需求的剛度來確定。
[0023]在通常情況下，外螺孔5與螺釘頭4設計通常採用緊密配合。但經過多次試驗證明，高超聲速飛行器在高速飛行的過程中受到高溫氣流的影響，其外表面受熱後複合蒙皮11會產生熱障效應，裸露在彈徑周向複合蒙皮11螺接的螺釘頭4受到燒蝕過程中產生熱膨脹，熱膨脹後的螺釘頭4與外螺孔5產生擠壓，導致了螺釘的損壞。本發明所通過沿彈徑周向布置螺接方式，可有效防止應力相對集中，加強外部結構可靠度。按飛行過程中熱環境要求設置外螺孔05大小，其外螺孔05的尺寸按螺釘頭04膨脹長度計算公式決定:計算公式:膨脹長度=螺釘頭金屬長度*溫度差*熱膨脹係數。通過增大外螺孔05，使其略大於膨脹長度，可有效的防止螺釘頭4在受熱膨脹後與複合蒙皮外螺孔5擠壓而損壞造成的影響。外螺孔5槽內填充物為室溫固化有機矽D03RTV(滬Q / GHAG47-98)，可有效防止螺釘頭04產生熱膨脹，進行熱密封。
[0024]利用本發明，可避免由燒蝕作用產生的氣動外形所帶來的問題。各種舉例說明不對發明的實質內容構成限制，所屬【技術領域】的普通技術人員在閱讀了說明書後可以對以前所述的【具體實施方式】作修改或變形，不背離發明的實質和範圍。
【權利要求】
1.一種軸對稱高超聲速飛行器周向熱防護裝置，採用多片複合蒙皮(11)沿飛行器圓周向螺接，倆塊複合蒙皮(11)之間其對接面有間隙；在複合蒙皮(11)下方設置散熱槽(6)，散熱槽內放置熱密封膠填充物，螺接的外螺孔(5)的尺寸略大於螺釘頭的膨脹長度。
2.如權利要求要求I所述的一種軸對稱高超聲速飛行器周向熱防護裝置，其特徵在於所述填充物為室溫固化有機矽D03RTV。
3.如權利要求要求I所述的一種軸對稱高超聲速飛行器周向熱防護裝置，其特徵在於所述螺釘頭的膨脹長度=螺釘頭金屬長度*溫度差*熱膨脹係數。
4.如權利要求要求1、2、3所述的一種軸對稱高超聲速飛行器周向熱防護裝置，其特徵在於所述複合蒙皮各層採用多項倒錐單埋結構連接。
【文檔編號】B64G1/58GK103538732SQ201310460847
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】羅世彬, 周進, 柳軍, 楊陽, 劉冰, 李大鵬, 夏智勳, 王中偉, 金亮, 李潔, 顏力, 黃偉, 羅文彩, 付博文, 隆清賢, 梁文鵬 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學