相变热缓冲式舰载挡焰板制造技术

本发明专利技术公开了一种相变热缓冲式舰载挡焰板，由散热结构层和换热层组成，所述散热结构层由导热板、均热肋片及相变材料构成，在上下两块导热板之间形成散热腔，所述均热肋片布置在所述散热腔内，所述相变材料填充于所述散热腔的均热肋片间；所述换热层位于所述散热结构层的下方并与所述散热结构层贴合；所述均热肋片为包括中心受热体以及在中心受热体圆周方向上均布的散热分支，所述散热分支包括主分支和在主分支上间隔设置的支分支。本发明专利技术利用了泡沫金属及肋片的优良导热性能，使得舰载挡焰板具备了更高效的吸热与散热能力，同时结合了复合相变材料的高蓄热能力，有效的提高了系统的安全性，延长了舰载挡焰板的使用寿命，降低航母的维护难度。

Phase Change Thermal Buffer Shipborne Flame Retainer

【技术实现步骤摘要】
相变热缓冲式舰载挡焰板
本专利技术涉及一种航空领域的挡焰板，具体涉及的是一种为了提高换热性能和安全性，延长使用寿命而设计的具有雪花状肋片结构，并在肋间填充复合相变材料的热缓冲式挡焰板。
技术介绍
随着军事技术的不断发展，航空母舰已成为世界上威力最强的武器之一，也是一个国家综合国力的象征，航母的主要攻击力体现在舰载机上，但是舰载机的起降难度大，危险性高。舰载机在起飞前，发动机经历三个状态：慢车状态、过渡状态和全加力状态。当发动机处于全加力状态时，尾喷管处燃气流的速度可达上千米每秒，温度将逼近2000℃左右。因此需要在起飞位置的后方设置挡焰板，保护甲板工作人员及设备，也保证起飞区和降落区互不干扰。目前使用的挡焰板由钢框架的铝板制成，高温燃气喷射在挡焰板上的温度可达到1600℃。为了降低燃气流的灼热温度，挡焰板后装有供冷却水循环流动的格状水管。而这种挡焰板的缺点在于热量的传递主要是依靠金属材料的导热进行，受到材料本身导热能力的限制，往往无法及时进行热量散发，使得板材极易烧损，减少了挡焰板的使用寿命，增加了航母的维护难度。另一方面，由于热量不能及时转移，也影响了下一架飞机的起飞，影响航母的作战性能。因此，必须研究和开发新的高效的散热技术以适应高温、高速射流条件下舰载挡焰板的散热要求。固液相变储能材料在相变过程中具有等温或近似等温，并伴随着较大的相变潜热等优点，在军事，建筑保温，采暖，电子元器件散热等诸多领域都具有广泛的应用前景，但是大多数固液相变材料的热导率很低，这导致相变储能装置无法快速地进行热量的储存和释放，限制了其在很多领域的应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供了一种相变热缓冲式舰载挡焰板，提高了系统换热效率和温度的均匀性，有效降低了挡焰板表面燃气流的灼热温度，提高了装置的安全性，并延长挡焰板的使用寿命。为解决传统舰载挡焰板设计上存在的上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：一种相变热缓冲式舰载挡焰板，由散热结构层和换热层组成，所述散热结构层由导热板、均热肋片及相变材料构成，所述导热板位于所述散热结构层的上下表面，在上下两块导热板之间形成散热腔，所述均热肋片布置在所述散热腔内，所述相变材料填充于所述散热腔的均热肋片间；所述换热层位于所述散热结构层的下方并与所述散热结构层贴合，用于带走所述散热结构层吸收的热量；所述均热肋片为包括中心受热体以及在中心受热体圆周方向上均布的散热分支，所述散热分支包括主分支和在主分支上间隔设置的支分支，所述主分支为线性且垂直于中心受热体的外表面。充分利用了相变材料的高蓄热能力及泡沫金属和肋片的高导热能力，有效的提高了挡焰板的安全性及使用寿命。所述相变材料为将石蜡填充到泡沫铝骨架中形成的泡沫铝-石蜡复合相变材料。通过控制填充的石蜡的比例，可制得综合热性能优良，具有理想导热系数和相变潜热的复合相变材料。所述支分支一共8对，每个散热分支设置2对支分支，每对支分支对称分布在主分支两侧。所述中心受热体为圆形，所述散热分支为从中心主受热区域向外等距离延展的4个。支分支与主分支成45度-75度夹角。泡沫铝-石蜡复合相变材料，充满散热结构层内的间隙，极大的增加了冷热源的有效换热面积，将高温尾焰区的热量快速的转移到相变材料中。因固液相变材料具有熔化潜热高，相变过程可逆性好，膨胀收缩性小，恒温性好，成本低等优点，而石蜡的应用非常广泛且成熟，故采用石蜡作为相变材料。石蜡虽然具有蓄热密度大、蓄热过程易控制，可重复使用等优良特性，但也存在着导热系数低，使传热速率低，无法快速均匀传热等缺点。而通孔泡沫铝是一种具有大比表面积和良好流通性能的金属泡沫材料，可有效增加换热面积，且泡沫铝基体本身具有良好的导热性能，使温度分布更加均匀，因此泡沫铝是一种良好的强化传热材料。由于石蜡优良的蓄热性能以及通孔泡沫铝优良的导热性能，将石蜡填充到泡沫铝骨架中，通过控制填充的比例，可制得具有理想导热系数和相变潜热的综合热性能优良的泡沫铝-石蜡复合相变材料。均热肋片的材质可根据实际使用情况选用高导热性能的铝、铜等金属材料。均热肋片中央为圆形中心受热体，从中心受热体向外等距延展4个主分支，相邻主分支间成90度夹角，各主分支的末端延伸至挡焰板顶角处，每个主分支上设置两对支分支，分别与主分支成45度和75度夹角，具体见图3。舰载机尾焰导致中央受热区形成局部高温，金属肋片的加入可将受热区集中的热量进行有效的分散，沿肋片传递到周围区域，便于相变材料快速的吸收热量，且使温度的分布更加均匀。金属导热板分为上下两层，可根据实际使用选用铜、铝、不锈钢以及合金等材料，上层金属导热板由于直接接触高温尾焰，并将尾焰的热量传导至所述的散热结构层，因此材料的选取需要考虑一定耐温性能。换热层内设置有冷却水循环通道，通过低温水带走散热结构层积蓄的热量，使得挡焰板能够快速的进入下一轮工作。相变缓冲式舰载挡焰板工作时，高温高速的喷射尾焰冲击到所述的金属导热板的上表面，热量通过金属导热板往所述散热结构层下方传递，而且存在中心主受热区域，中心主受热区集中的热量通过均热肋片向所述散热结构层的四周传递，并通过泡沫铝的作用快速的将热量转移到相变材料中。在此期间散热结构层的热量不断的通过金属导热板下表面传递给换热层，并由冷却水循环带走，进而可使相变缓冲式舰载挡焰板持续工作。通过在相变材料中添加高热导率材料制成复合相变材料的方式可以有效强化传热，使相变材料温度分布更加均匀。因此，将复合相变材料应用于挡焰板可提高挡焰板的综合传热性能，使其满足更高的传热要求，对于挡焰板的使用来说是一大改进。受肋片在散热领域的广泛且高效应用的现状启发，本专利技术将上述复合相变材料填充于雪花状肋片结构中，意在利用相变材料的高蓄热能力来增强挡焰板的抗热冲击能力，并结合肋片提高装置温度的均匀性，热量可迅速均匀的传入相变材料各区域，缩短了相变材料的熔化时间，进一步强化挡焰板的传热性能和安全性，并延长了装置的使用寿命。本专利技术相变热缓冲式舰载挡焰板，主要由散热结构层和换热层组成。散热结构层内填充了泡沫铝-石蜡复合相变材料，可快速吸收高温射流带来的大部分热量，并将温度控制在较低的范围内，大大降低了高温高速射流状态下板材的最高温度，由于金属泡沫铝导热性能优良，采用金属泡沫铝与石蜡制成的复合相变材料，可有效解决一般相变材料换热系数低的问题，明显提高了传热速率和传热均匀性。均热肋片的加入有效地将热量分散到整个散热结构层，使得挡焰板能更快速的响应外界输入热量的变化。该散热结构层的加入使得挡焰板具备了更高效的吸热与散热能力，有效提高了装置的安全性，延长了挡焰板的使用寿命，降低航母的维护难度。附图说明图1舰载挡焰板的立体结构示意图；图2散热结构层水平剖面图；图3舰载挡焰板的整体装配示意图。图中，1.导热板；2.均热肋片；21.中心受热体；22.散热分支；221.主分支；222.支分支；3.相变材料；4.换热层。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作详细说明：图1所示为舰载挡焰板的立体结构示意图，由导热板1、均热肋片2以及相变材料3和换热层4组成。导热板1位于散热结构层的上下表面，并通过均热肋片2相连接，相变材料3填充于均热肋片2和导热板1之间的空隙。换热层4与导热板1的下表面相贴合，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相变热缓冲式舰载挡焰板，由散热结构层和换热层组成，所述散热结构层由导热板、均热肋片及相变材料构成，所述导热板位于所述散热结构层的上下表面，在上下两块导热板之间形成散热腔，所述均热肋片布置在所述散热腔内，所述相变材料填充于所述散热腔的均热肋片间；所述换热层位于所述散热结构层的下方并与所述散热结构层贴合，用于带走所述散热结构层吸收的热量；所述均热肋片为包括中心受热体以及在中心受热体圆周方向上均布的散热分支，所述散热分支包括主分支和在主分支上间隔设置的支分支，所述主分支为线性且垂直于中心受热体的外表面。

【技术特征摘要】
1.一种相变热缓冲式舰载挡焰板，由散热结构层和换热层组成，所述散热结构层由导热板、均热肋片及相变材料构成，所述导热板位于所述散热结构层的上下表面，在上下两块导热板之间形成散热腔，所述均热肋片布置在所述散热腔内，所述相变材料填充于所述散热腔的均热肋片间；所述换热层位于所述散热结构层的下方并与所述散热结构层贴合，用于带走所述散热结构层吸收的热量；所述均热肋片为包括中心受热体以及在中心受热体圆周方向上均布的散热分支，所述散热分支包括主分支和在主分支上间隔设置的支分支，所述主分支为线性且垂直于中心受热体的外表面。2.根据权利要求1所述的相变热缓冲式舰载挡焰板，其特征在于：所述相变材料为将石蜡填充到泡沫铝骨架...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈诗宇，刘丽珊，任满乾，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32