一种高速飞行器的热防护结构制造技术

本发明专利技术涉及一种高速飞行器的热防护结构，所述热防护结构包括：依次设置的隔热涂层、合金层、均温层和微肋结构层；所述微肋结构层包括钛合金板以及设置在所述钛合金板上表面的若干个弦向相同的翼形微肋；所述翼形微肋设置在所述均温层和所述钛合金板之间。通过本发明专利技术的上述结构，能够大幅降低热防护结构的重量。

【技术实现步骤摘要】
一种高速飞行器的热防护结构
本专利技术涉及热防护结构
，特别是涉及一种高速飞行器的热防护结构。
技术介绍
高速飞行器在飞行过程中机身表面会承受巨大的气动加热热流。传统的被动热防护方式的热防护层厚度较大，导致飞行器的结构重量大大增加，不利于飞行器的长时间飞行，而单纯采用主动热防护技术，比如冷却水或燃料的单相对流冷却，虽然能够实现热防护表面的有效冷却，但是会使得热防护表面的温度控制水平过低，进而导致辐射散热量降低，而传入机体内部热流大大增加，需要飞行器携带更多的冷却水或燃油作为热沉，如此同样会显著增加飞行器自身的重量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高速飞行器的热防护结构，能够大幅降低热防护结构的重量。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种高速飞行器的热防护结构，所述热防护结构包括：依次设置的隔热涂层、合金层、均温层和微肋结构层；所述微肋结构层包括钛合金板以及设置在所述钛合金板上表面的若干个弦向相同的翼形微肋；所述翼形微肋设置在所述均温层和所述钛合金板之间。可选的，所述均温层的厚度为其中，δ为均温层的厚度，λ为均温层的导热系，λ1为隔热涂层的导热系数，λ2为合金层的导热系数，Tw,o为隔热涂层表面温度，Tf为冷却流体温度，q为表面净热流，δ1为隔热涂层的厚度，δ2为合金层的厚度，h为冷却流体对均温层壁面的对流换热系数。可选的，所述翼形微肋的厚度为1～3mm。可选的，所述翼形微肋的弦长为2～10mm。可选的，所述若干个弦向相同的翼形微肋均匀间隔设置在所述钛合金板上表面。可选的，所述隔热涂层的材料包括纳米陶瓷空心微珠。可选的，所述隔热涂层的厚度为0.1mm～2mm。可选的，所述合金层的材料为钛合金。可选的，所述合金层的厚度为0.5mm～2mm。可选的，所述均温层的材料为石英纤维复合材料。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供一种高速飞行器的热防护结构，所述热防护结构包括：依次设置的隔热涂层、合金层、均温层和微肋结构层；所述微肋结构层包括钛合金板以及设置在所述钛合金板上表面的若干个弦向相同的翼形微肋；所述翼形微肋设置在所述均温层和所述钛合金板之间。通过本专利技术的上述结构，能够大幅降低热防护结构的重量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所提供的一种高速飞行器的热防护结构的结构示意图；图2为本专利技术实施例所提供的翼形微肋与钛合金板的一体结构示意图；图3为本专利技术实施例所提供的翼形微肋结构内部流体流动示意图；图4为本专利技术实施例所提供的弧形热防护结构图；符号说明：1、隔热涂层，2、合金层，3、均温层，4、翼形微肋，5、钛合金板。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种高速飞行器的热防护结构，能够大幅降低热防护结构的重量。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例所提供的一种高速飞行器的热防护结构的结构示意图，如图1所示，本专利技术所述热防护结构包括：依次设置的隔热涂层1、合金层2、均温层3和微肋结构层。所述微肋结构层包括钛合金板5以及设置在所述钛合金板上表面的若干个弦向相同的翼形微肋4，所述翼形微肋4设置在所述均温层3和所述钛合金板5之间。具体的，加工时隔热涂层1直接均匀喷涂在合金层2的上表面，合金层2的下表面与均温层3的上表面采用高温胶粘接，均温层3的下表面与微肋结构层表面采用高温胶粘接。作为一种可选的实施方式，本专利技术所述均温层的材料为石英纤维复合材料，材料导热系数为0.2W/(m·K)。为实现大面积结构表面的温度均匀性目标，该层厚度可以根据表面的热流密度大小和分布、合金层的长期使用温度和冷却流体的对流换热强度进行设计计算，具体计算公式如下：其中，δ为均温层的厚度，单位m，λ为均温层的导热系，单位W/(m·K)，λ1为隔热涂层的导热系数，单位W/(m·K)，λ2为合金层的导热系数，单位W/(m·K)，Tw,o为隔热涂层表面温度，单位K，Tf为冷却流体温度，单位K，q为表面净热流，单位W/m2，δ1为隔热涂层的厚度，单位m，δ2为合金层的厚度，单位m，h为冷却流体对均温层壁面的对流换热系数，单位W/(m2·K)。均温层也是隔热层，均温层的设置避免了冷却流体与蒙皮合金层直接接触，使得蒙皮合金层的温度升高，充分利用了蒙皮钛合金材料的热沉，减小了导入热流。此外，通过均温层的厚度能够实现对热防护结构表面温度的调控，使得表面温度分布更为均匀，大幅降低热应力引起的结构变形。作为一种可选的实施方式，本专利技术所述翼形微肋的厚度为1～3mm，所述翼形微肋的弦长为2～10mm，所述若干个弦向相同的翼形微肋均匀间隔设置在所述钛合金板上表面。具体的，底层钛合金板表面上的翼形微肋采用化学刻蚀的方法加工，刻蚀出的翼形微肋与钛合金板是一体结构，如图2所示。所述若干个弦向相同的翼形微肋均匀间隔设置在所述钛合金板上表面，如图3所示，翼形微肋结构为对称翼形，采用点阵交错布置形式，所述翼形微肋结构的排布形式为翼形前缘为来流迎风面，并且沿流体流动方向交错排布，冷却流体在微肋结构间隙间流动换热。相比微小通道和微通道结构，采用这种结构进行点阵交错布置不仅能够增强冷却流体的换热强度，而且能够显著降低流动的压力损失。更重要的方面是翼形微肋结构的点阵交错布置同时增强了流体流动区域的横向和纵向扰动程度，可以使所调控的大面积热防护区域控温均匀。作为一种可选的实施方式，本专利技术所述隔热涂层的材料包括纳米陶瓷空心微珠，所述隔热涂层的厚度为0.1mm～2mm。具体的，隔热涂层的耐热温度高于1300℃，充分利用材料的热沉和耐热温度，提高热防护结构的表面温度，能够显著降低热流的导入量。作为一种可选的实施方式，本专利技术所述合金层的材料为钛合金，所述合金层的厚度为0.5mm～2mm。具体的，所述合金层的长期使用温度为450℃～500℃，将该层材料的耐热温度范围作为其它结构层参数的设计依据，提高隔热层的表面温度，最大限度的降低导入到热防护结构内部的热流。本专利技术所述热防护结构可以做成多种热防护系统样式，比如平板结构表面、弧形结构表面等，如图4所示，弧形结构表面的热防护。所述热防护结构内部的翼形微肋结构可以通过增设隔板形成复杂的折流流道结构形式，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速飞行器的热防护结构，其特征在于，所述热防护结构包括：依次设置的隔热涂层、合金层、均温层和微肋结构层；/n所述微肋结构层包括钛合金板以及设置在所述钛合金板上表面的若干个弦向相同的翼形微肋；所述翼形微肋设置在所述均温层和所述钛合金板之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种高速飞行器的热防护结构，其特征在于，所述热防护结构包括：依次设置的隔热涂层、合金层、均温层和微肋结构层；
所述微肋结构层包括钛合金板以及设置在所述钛合金板上表面的若干个弦向相同的翼形微肋；所述翼形微肋设置在所述均温层和所述钛合金板之间。


2.根据权利要求1所述的高速飞行器的热防护结构，其特征在于，所述均温层的厚度为其中，δ为均温层的厚度，λ为均温层的导热系，λ1为隔热涂层的导热系数，λ2为合金层的导热系数，Tw,o为隔热涂层表面温度，Tf为冷却流体温度，q为表面净热流，δ1为隔热涂层的厚度，δ2为合金层的厚度，h为冷却流体对均温层壁面的对流换热系数。


3.根据权利要求1所述的高速飞行器的热防护结构，其特征在于，所述翼形微肋的厚度为1～3mm。


4.根据权利要求1所述的高速飞行器的热防护结构，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，胥蕊娜，姜培学，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11