隔热板制造技术

一种隔热板，其具有高温侧和低温侧，高温侧位于最靠近热源处。隔热板包括具有热侧脊和冷侧脊的波纹状复合材料芯部。热侧外皮附接至热侧脊以形成多个第一单元格。冷侧外皮附接至冷侧脊以形成多个第二单元格。第一单元格和第二单元格基本上填充有绝热材料，该绝热材料的热导率低于复合材料的热导率。

Heat shield

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】隔热板
本专利技术总体上涉及热绝缘系统，其用于保护热敏结构免于可能由于热暴露引起的损坏。更特别地，本专利技术涉及喷气式发动机和热绝缘系统，其保护喷气式发动机中的较低温度结构或主体免受燃烧区段中产生的热量的影响。
技术介绍
喷气式发动机包括位于发动机内中央位置处的燃烧区段或热区段。热区段产生大量热燃烧气体。热区段被环形通道包围，其中空气以远远较低的温度流动通过该环形通道。当今喷气式发动机的热区段通常在500℉至750℉数量级的温度运行，最高900℉的温度也是可以的，以便于产生较低的排放量并实现较高的燃油经济性。必须保护位于热区段附近的热敏结构和材料免于经受热区段相对较高的温度，以避免损坏。对于由复合材料制成的复合声阻尼结构(例如声学蜂窝板)，这是一个特别的问题，该复合材料使用的基质树脂的最高操作温度在350℉至500℉的数量级。当直接暴露于由热区段所产生的热量时，用于制造通常存在于此类声学蜂窝板中的声学隔膜的材料也可能受到损坏。一种用于保护温度敏感性喷气式发动机结构免于经受由热区段产生的热量的现有方法是将绝缘结构例如隔热毯放置在热区段和待保护的结构之间。隔热毯减少热量流入到温度敏感性结构的热量中，以提供所需的热保护。隔热毯(通常称为“保温毯”)通常由包含在易燃材料(例如钢箔)中的内部绝缘体组成。绝缘体是疏松的多孔或纤维状填充物材料，其通过用耐热性线(例如玻璃纤维缝线)绗缝而固定在钢箔毯内。尽管隔热毯提供了足够的热绝缘效果，但它们确实提出许多设计挑战。喷气式发动机的高振动环境会导致玻璃纤维缝线随时间推移而退化。结果，绝缘体的绗缝隔室变得不起作用，从而使得填充物可在毯内移动，导致填充物在某些区域集中，而其它区域则不受保护。因此，典型隔热毯的使用寿命是有限的，必须在指定的时间间隔内进行更换。还必须移除隔热毯以检查下层结构。这种移除和重新安装过程是耗时的，并且进行多次会导致保温毯由于其非结构性质而被损坏。修理和/或更换损坏的隔热毯可花费显著增加的时间和成本。另一种方法是用高温聚硅氧烷涂覆热敏结构的高温侧。这种高温聚硅氧烷涂层提供足够的热保护。但是，必须将绝缘涂层刮掉并剥落，以检查其下层结构。这是一个耗时的过程，也会破坏涂层。一旦检查完，必须将新涂层施涂于温度敏感性结构。施涂新的聚硅氧烷涂层是一个耗时的过程，其包括新的高温聚硅氧烷涂层材料的额外成本。目前需要设计一种用于喷气式发动机的热保护系统，其提供足够的热保护并且在结构上坚固，使得它们比现有的隔热毯持续的时间长。热保护系统还应易于拆卸以进行检查，并易于更换而不会损坏。由于喷气式发动机的独特操作环境以及提供结构坚固且也可形成复杂的弯曲形状的轻质绝缘结构的需要，使这些设计目标尤其困难。
技术实现思路
根据本专利技术，发现可使用基于结构上坚固的波纹状芯部和非结构性的绝缘材料的组合的隔热板代替隔热层，以保护喷气式发动机中的热敏结构。隔热板在结构上是坚固的，以避免与非结构性的隔热毯相关的缺点，同时提供足够的热绝缘性。本专利技术总体上涉及隔热板，特别涉及位于喷气式发动机热区段周围的隔热板，以保护热敏结构免受这种显著热源的影响。根据本专利技术所述的隔热板包括芯部，芯部的第一侧最靠近热源且第二侧远离热源。芯部由支撑结构组成，该支撑结构为复合材料的波纹片。所述波纹片具有位于芯部的第一侧的多个热侧脊。所述热侧脊在长度方向上延伸，并具有被隔开热侧脊宽度的第一脊边缘和第二脊边缘。波纹片还具有位于芯部的第二侧的多个冷侧脊。所述冷侧脊在长度方向上延伸，并具有被隔开冷侧脊宽度的第一脊边缘和第二脊边缘。所述波纹片包括多个第一连接壁，所述第一连接壁在长度方向上延伸，并将热侧脊的第一脊边缘连接至冷侧边缘的第二脊边缘。该波纹片进一步包括多个第二连接壁，该第二连接壁在长度方向上延伸，并将所述热侧脊的第二脊边缘连接至冷侧边缘的第一脊边缘。冷侧脊、第一连接壁和第二连接壁形成热侧通道，而热侧脊、第一连接壁和第二连接壁形成冷侧通道。隔热板进一步包括热侧外皮，所述热侧外皮附接至所述热侧脊以形成多个第一单元格，且冷侧外皮附接至冷侧脊以形成多个第二单元格。第一单元格和第二单元格基本上填充有非结构性绝缘材料，该非结构性绝缘材料的热导率低于用于制造波纹片的结构复合材料的热导率。作为本专利技术的特征，发现可使用结构上坚固的复合波纹状芯部来支撑非结构性绝缘材料，其热绝缘性能的降低最小。波纹状芯部为隔热板提供了结构强度，同时使隔热板的热侧和冷侧之间的潜在导热路径的数量最小化。由复合材料波纹状芯部提供的结构性能和热性能的独特组合很难通过其它结构芯部设计(例如蜂窝)获得。本专利技术涉及隔热板和制造隔热板的方法。本专利技术还涉及热绝缘系统，其中隔热板可释放地附接至需要热保护的主体。此外，本专利技术涵盖用于检查此类热绝缘系统的方法，其中，将隔热板从主体上移除，以允许检查下层结构、然后进行更换。当结合附图参考以下详细说明时，将更好地理解本专利技术的上述以及许多其它特征和伴随的优点。附图说明图1是喷气式发动机的简化截面图，其示出了根据本专利技术的示例性隔热板的位置。图2是在2-2平面中截取的图1的剖视图，其示出了示例性隔热板的剖面的更详细视图。图3是分解图，其示出了在被组装以形成示例性隔热板之前，填充有绝缘材料的波纹状芯部、热侧外皮和冷侧外皮。图4是根据本专利技术的示例性隔热板的一部分的侧视截面图。图5示出了在用绝缘材料填充纵向热侧通道和冷侧通道之前复合材料的波纹片的截面。具体实施方式本专利技术的隔热板可用于使多种热敏结构与多种热源隔绝。隔热板非常适合用于保护喷气式发动机的热敏部分免于经受发动机的燃烧(热)区段中产生的热量。因此，该隔热板意在用于热源温度为500℉至1000℉且对于现有喷气式发动机而言典型温度为600℉至750℉的情况。隔热板提供的热保护应该使得受热保护的结构或主体暴露于约350℉至500℉的温度。以下详细描述限于位于喷气式发动机内的隔热板的示例性实施方案。隔热板旨在用作目前通常在喷气式发动机中使用的隔热毯的替代物，以对热敏发动机系统进行热保护，以免受发动机热区段的影响。因此，在需要用结构上坚固的替代物代替隔热毯的任何情况下都可使用所述隔热板。应理解的是，本专利技术的隔热板不限于用于喷气式发动机中，而是还可用于其中主体或结构需要热保护以免受热源影响的任何情况。在图1中的10处示出示例性喷气式发动机。喷气式发动机10包括燃烧芯部或热区段12，该燃烧芯部或热区段产生如箭头14所示的一次热空气流。根据喷气式发动机的类型和设计，热区段或高温区域12内的热空气流的温度范围可以为500℉至900℉以及更高。机舱结构16位于热区段12的周围，以提供环形管道18，冷的二次空气如箭头20所示流动通过该管道。冷空气流以等于外部空气温度的温度进入喷气式发动机，并当其穿过环形管道18时，最终被加热至等于或略低于热区段12温度的温度。如22处所示，根据本专利技术所述的示例性隔热板位于热区段12的外部部分中。隔热板22包括高温侧24，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隔热板，其具有最靠近热源的高温侧和远离所述热源的低温侧，所述隔热板包括：/nA)芯部，其具有最靠近所述热源的第一侧和远离所述热源的第二侧，所述芯部具有长度方向、宽度方向和厚度，所述芯部包括含有复合材料的波纹片的支撑结构，其中所述波纹片包括位于所述芯部的第一侧的多个热侧脊，所述热侧脊在所述长度方向上延伸并具有被隔开热侧脊宽度的第一脊边缘和第二脊边缘，所述波纹片包括位于所述芯部的第二侧的多个冷侧脊，所述冷侧脊在所述长度方向上延伸并具有被隔开冷侧脊宽度的第一脊边缘和第二脊边缘，所述波纹片包括多个第一连接壁，所述第一连接壁在所述长度方向上延伸且其连接所述热侧脊的第一脊边缘至所述冷侧脊的第二脊边缘，所述波纹片包括多个第二连接壁，所述第二连接壁在所述长度方向上延伸且其连接所述热侧脊的第二脊边缘至所述冷侧脊的第一脊边缘，其中所述冷侧脊、第一连接壁和第二连接壁限定纵向热侧通道，且其中所述热侧脊、第一连接壁和第二连接壁限定纵向冷侧通道；/nB)热侧外皮，其附接至所述热侧脊，其中所述热侧外皮、第一连接壁、第二连接壁和所述冷侧脊形成多个第一单元格，所述第一单元格在所述长度方向上延伸，所述第一单元格各自具有在所述第一和第二连接壁之间测量的宽度和在所述热侧外皮和冷侧脊之间测量的厚度；和/nC)冷侧外皮，其附接至所述冷侧脊，其中所述冷侧外皮、第一连接壁、第二连接壁和所述热侧脊形成多个第二单元格，所述第二单元格在所述长度方向上延伸，所述第二单元格各自具有在所述第一和第二连接壁之间测量的宽度和在所述冷侧外皮和热侧脊之间测量的厚度，所述第一单元格和第二单元格基本上填充有绝缘材料，所述绝缘材料的热导率低于所述复合材料的热导率。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170919 US 15/708,5581.一种隔热板，其具有最靠近热源的高温侧和远离所述热源的低温侧，所述隔热板包括：
A)芯部，其具有最靠近所述热源的第一侧和远离所述热源的第二侧，所述芯部具有长度方向、宽度方向和厚度，所述芯部包括含有复合材料的波纹片的支撑结构，其中所述波纹片包括位于所述芯部的第一侧的多个热侧脊，所述热侧脊在所述长度方向上延伸并具有被隔开热侧脊宽度的第一脊边缘和第二脊边缘，所述波纹片包括位于所述芯部的第二侧的多个冷侧脊，所述冷侧脊在所述长度方向上延伸并具有被隔开冷侧脊宽度的第一脊边缘和第二脊边缘，所述波纹片包括多个第一连接壁，所述第一连接壁在所述长度方向上延伸且其连接所述热侧脊的第一脊边缘至所述冷侧脊的第二脊边缘，所述波纹片包括多个第二连接壁，所述第二连接壁在所述长度方向上延伸且其连接所述热侧脊的第二脊边缘至所述冷侧脊的第一脊边缘，其中所述冷侧脊、第一连接壁和第二连接壁限定纵向热侧通道，且其中所述热侧脊、第一连接壁和第二连接壁限定纵向冷侧通道；
B)热侧外皮，其附接至所述热侧脊，其中所述热侧外皮、第一连接壁、第二连接壁和所述冷侧脊形成多个第一单元格，所述第一单元格在所述长度方向上延伸，所述第一单元格各自具有在所述第一和第二连接壁之间测量的宽度和在所述热侧外皮和冷侧脊之间测量的厚度；和
C)冷侧外皮，其附接至所述冷侧脊，其中所述冷侧外皮、第一连接壁、第二连接壁和所述热侧脊形成多个第二单元格，所述第二单元格在所述长度方向上延伸，所述第二单元格各自具有在所述第一和第二连接壁之间测量的宽度和在所述冷侧外皮和热侧脊之间测量的厚度，所述第一单元格和第二单元格基本上填充有绝缘材料，所述绝缘材料的热导率低于所述复合材料的热导率。


2.根据权利要求1所述的隔热板，其中所述热侧外皮在所述宽度方向上弯曲，以形成相对于所述热源的凹形曲面。


3.根据权利要求2所述的隔热板，其中所述热侧脊宽度的至少一个大于所述冷侧脊宽度的至少一个。


4.根据权利要求2所述的隔热板，其中所述热侧脊宽度的至少一个小于所述冷侧脊宽度的至少一个。


5.根据权利要求2所述的隔热板，其中所述热侧脊宽度的至少一个基本上等于所述冷侧脊宽度的至少一个。


6.根据权利要求1所述的隔热板，其中所述第一连接壁基本上垂直于所述热侧外皮。


7.根据权利要求1所述的隔热板，其中所述第二连接壁基本上垂直于所述热侧外皮。


8.根据权利要求6所述的隔热板，其中所述第二连接壁基本上垂直于所述热侧外皮。


9.根据权利要求1所述的隔热板，其中所述复合材料为陶瓷复合材料，其在400℉的热导率高于0.50BTU-in/hr-ft2-℉。


10.根据权利要求9所述的隔热板，其中所述绝缘材料为二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、微孔绝缘体、陶瓷纤维或矿物棉，所述绝缘材料在400℉的热导率低于0.50BTU-in/hr-ft2-℉。


11.一种热绝缘系统，其包括根据权利要求1所述的隔热板，其中所述隔热板的低温侧位于毗邻需要热保护的主体且其中所述隔热板用一个或多个可释放紧固件可释放地附接至所述主体。

【专利技术属性】
技术研发人员：M·海尔，E·艾尔，W·戴利，
申请(专利权)人：赫克赛尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US