一种用于高超声速飞行器的模块化多功能防热结构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于高超声速飞行器的模块化多功能防热结构，包括防热层、蜂窝层、蜂窝层盖板、热电材料、框架和底部盖板；所述的蜂窝层设置在框架内，热电材料设置在蜂窝层的容置空间内，蜂窝层上设置蜂窝层盖板；防热层设置在蜂窝层盖板上面，底部盖板设置在框架下面，防热层和底部盖板通过紧固件将蜂窝层和热电材料固定为模块化结构。本发明专利技术在飞行器承受严重气动加热时，该结构可保护机体结构不发生破坏，并将一部分气动热能量转换成电能供给飞行器使用，有效降低了飞行器的使用和维护成本。同时，开发的模块化以及拼接方案，便于在飞行器上安装和使用，具有一定的通用性。

A Modular Multifunctional Thermal Protection Structure for Hypersonic Vehicles

The invention discloses a modular multi-functional heat-proof structure for hypersonic vehicle, which includes heat-proof layer, honeycomb layer, honeycomb layer cover plate, thermoelectric material, frame and bottom cover plate; the honeycomb layer is arranged in the frame, thermoelectric material is arranged in the capacitive space of honeycomb layer, and honeycomb layer cover plate is arranged on honeycomb layer. The heat-proof layer is arranged on the top of the honeycomb cover plate, and the bottom cover plate is arranged under the frame. The heat-proof layer and the bottom cover plate fix the honeycomb layer and thermoelectric material into a modular structure through fasteners. When the aircraft is subjected to severe aerodynamic heating, the structure can protect the structure of the airframe from being destroyed, and convert part of the aerothermal energy into electric energy for the use of the aircraft, thereby effectively reducing the use and maintenance cost of the aircraft. At the same time, the modularization and splicing scheme developed is easy to install and use on the aircraft, and has a certain degree of versatility.

【技术实现步骤摘要】
一种用于高超声速飞行器的模块化多功能防热结构
本专利技术涉及高超声速飞行器热防护设计领域，尤其涉及一种用于高超声速飞行器的模块化多功能防热结构。
技术介绍
高超声速飞行器在大气层中飞行时，会产生严重的气动加热现象，需要使用热防护系统保护机体结构。现有飞行器通常将热防护系统与承力结构分开设计，防热结构力学性能较弱，无法分担机身结构载荷，且连接方式多为粘结，维护性差。传统的飞行器热防护结构包括陶瓷防热瓦、陶瓷隔热毡及金属防热瓦等，以防隔热为主要目的，效率较低，为此各国研究人员开发了包含承载、防热、供电等多种功能的新型防热结构。如图1所示，Bapanapalli等在参考文献1“Bapanapalli.S.K.AnalysisandDesignofCorrugated-CoreSandwichPanelsforThermalProtectionSystemsofSpaceVehicles[C].InProceedingsofthe47thAIAAStructures,StructuralDynamicsandMaterialsConference,2006.”中建立了基于波纹型夹芯结构的承载/防热一体化结构，结构效率高，具有高强韧性和良好的耐冲击性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够适用于高超声速飞行器的模块化多功能防热结构，对现有热防护设计概念进行了改进，将气动热作为能量加以利用。本专利技术提的模块化多功能防热结构用于为高超声速飞行器提供必要防热效果，同时具备供电和承载能力。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案：一种用于高超声速飞行器的模块化多功能防热结构，包括防热层、蜂窝层、蜂窝层盖板、热电材料、框架和底部盖板；所述的蜂窝层设置在框架内，热电材料设置在蜂窝层的容置空间内，蜂窝层上设置蜂窝层盖板；防热层设置在蜂窝层盖板上面，底部盖板设置在框架下面，防热层和底部盖板通过紧固件将蜂窝层和热电材料固定为模块化结构。所述的蜂窝层内放置热电材料并填充隔热材料。所述的紧固件为连接螺柱。所述的防热层的材料为C/C-SiC材料。所述的蜂窝层为TC4合金材料，蜂窝层底板上涂绝缘层并焊接有用于导出电能的电极。还包括用于将多个模块化结构拼接成的拼接组件；所述的模块化结构上设置有与拼接组件匹配的拼接槽。所述的拼接组件包括角边拼接组件、侧边拼接组件和中心拼接组件，所述的角边拼接组件包括L型主体和用于插入拼接槽内的第一插边，第一插边沿L型主体的两个面边缘设置；所述的侧边拼接组件包括T型主体和用于插入拼接槽内的第二插边，第二插边沿T型主体的三个面边缘设置；所述的中心拼接组件包括十字形主体和用于插入拼接槽内的第三插边，第三插边沿十字形主体的四个面边缘设置。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术基于热电材料提出了一种具有多层材料和多种功能的热电发电结构，防热层为多功能结构的外表面，蜂窝层内放置热电材料，框架用于为多功能结构提供支持，形成一种可用于高超声速飞行器的承载/防热/供电多功能结构，及其易于安装的模块化方案和拼接方案。是针对高超声速飞行器设计一种用于高超声速飞行器的模块化多功能防热结构。在飞行器承受严重气动加热时，该结构可保护机体结构不发生破坏，并将一部分气动热能量转换成电能供给飞行器使用，有效降低了飞行器的使用和维护成本。同时，开发的模块化以及拼接方案，便于在飞行器上安装和使用，具有一定的通用性。附图说明图1为Bapanapalli所设计了波纹夹芯结构示意图。图2为本专利技术的多功能防热结构示意图。图3为本专利技术的多功能防热结构爆炸图。图4为本专利技术的多功能防热结构拼接后的示意图。图5为本专利技术的三个拼接组件的示意图。图中：1为防热层；2为连接螺柱；3为蜂窝层盖板；4为热电材料；5为框架；6为底部盖板；7为角边拼接组件；8为侧边拼接组件；9为中心拼接组件；10为蜂窝层；11为拼接组件；12为拼接槽；13为L型主体；14为第一插边；15为T型主体；16为第二插边；17为十字形主体；18为第三插边。具体实施方式下面结合附图和具体实施对本专利技术做进一步详细说明。如图2至图5所示，专利技术一种模块化多功能防热结构，在完成防热功能的同时，基于热电材料的塞贝克效应，通过热电材料两端的温差，将热能转换为电能供给飞行器电源系统，且本专利技术具有一定的承载能力，防止结构发生破坏。本专利技术主要由防热层1、蜂窝层10、蜂窝层盖板3、热电材料4、隔热材料、框架5、底部盖板6、连接螺柱2和拼接组件11组成。如图3所示，蜂窝层10设置在框架5内，热电材料4设置在蜂窝层10的容置空间内，蜂窝层10上设置蜂窝层盖板3；防热层1设置在蜂窝层盖板3上面，底部盖板6设置在框架5下面，防热层1和底部盖板6通过紧固件将蜂窝层10和热电材料4固定为模块化结构。优选地，蜂窝层10内放置热电材料4并填充隔热材料。紧固件为连接螺柱2。蜂窝层10为TC4合金材料，蜂窝层10底板上涂绝缘层并焊接有用于导出电能的电极。所述防热层1即为多功能结构的外表面；所述蜂窝层10内放置热电材料并填充隔热材料；所述框架5用于为蜂窝层10提供支持；所述连接螺柱2用于连接整个结构；所述拼接组件11用于将模块化的结构拼接成所需的形状。防热层1使用C/C-SiC，或类似的耐高温材料，以保持该结构在高温条件下的几何外形。蜂窝层10为TC4合金，或类似的耐高温合金材料，用于放置热电材料并限位，同时保证结构的承载能力。此外蜂窝层10底板上需涂绝缘层并焊接电极，用于电能的导出。蜂窝层盖板3用于在防热层1和蜂窝层10之间过渡，防止出现热应力过大的情况。如图4和图5所示，还包括用于将多个模块化结构拼接成的拼接组件11；所述的模块化结构上设置有与拼接组件11匹配的拼接槽12。所述拼接组件11共有三种形式，可用于将多功能结构在平面内拼接成所需形状，如需使用更复杂的形状，可根据需求设计不同的拼接组件11。拼接组件11包括角边拼接组件7、侧边拼接组件8和中心拼接组件9，所述的角边拼接组件7包括L型主体13和用于插入拼接槽12内的第一插边14，第一插边14沿L型主体13的两个面边缘设置。所述的侧边拼接组件8包括T型主体15和用于插入拼接槽12内的第二插边16，第二插边16沿T型主体15的三个面边缘设置。所述的中心拼接组件9包括十字形主体17和用于插入拼接槽12内的第三插边18，第三插边18沿十字形主体17的四个面边缘设置。如图4所示，本专利技术各结构层可分别组装，最后进行统一装配。对于防热层1，由于仅有一层盖板，因此无需额外操作。对于蜂窝层10，首先应完成对底板的绝缘处理和电极的焊接，之后将热电材料4焊接在底板6上，并在剩余孔隙填充隔热材料，随后安装盖板3，并做好密封。使用连接螺柱2将两层结构连接，完成多功能防热结构的装配。在多个多功能结构装配时，可由中心向四周装配，即先使用中心连接组件9，在边缘部位根据形状可对多功能结构的形状进行修改，并使用角边连接组件7和侧边连接组件8完成边缘的拼接，并根据需求进行灌胶等处理。上述实施例只是对本专利技术的实现做出了说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本专利技术，所述说明并非限定。因此，本专利技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，凡是根据本专利技术的技术特征所作的增加、等同替换，均属于本申请的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高超声速飞行器的模块化多功能防热结构，其特征在于，包括防热层(1)、蜂窝层(10)、蜂窝层盖板(3)、热电材料(4)、框架(5)和底部盖板(6)；所述的蜂窝层(10)设置在框架(5)内，热电材料(4)设置蜂窝层(10)的容置空间内，蜂窝层(10)上设置蜂窝层盖板(3)；防热层(1)设置在蜂窝层盖板(3)上面，底部盖板(6)设置在框架(5)下面，防热层(1)和底部盖板(6)通过紧固件将蜂窝层(10)和热电材料(4)固定为模块化结构。

【技术特征摘要】
1.一种用于高超声速飞行器的模块化多功能防热结构，其特征在于，包括防热层(1)、蜂窝层(10)、蜂窝层盖板(3)、热电材料(4)、框架(5)和底部盖板(6)；所述的蜂窝层(10)设置在框架(5)内，热电材料(4)设置蜂窝层(10)的容置空间内，蜂窝层(10)上设置蜂窝层盖板(3)；防热层(1)设置在蜂窝层盖板(3)上面，底部盖板(6)设置在框架(5)下面，防热层(1)和底部盖板(6)通过紧固件将蜂窝层(10)和热电材料(4)固定为模块化结构。2.如权利要求1所述的用于高超声速飞行器的模块化多功能防热结构，其特征在于，所述的蜂窝层(10)内放置热电材料(4)并填充隔热材料。3.如权利要求1所述的用于高超声速飞行器的模块化多功能防热结构，其特征在于，所述的紧固件为连接螺柱(2)。4.如权利要求1所述的用于高超声速飞行器的模块化多功能防热结构，其特征在于，所述的防热层(1)的材料为C/C-SiC材料。5.如权利要求1所述的用于高超声速飞行器的模块化多功能防热结构，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚春林，胡嘉欣，高戈，苟建军，陈兵，王健磊，吴蔚楠，谷良贤，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61