一种榫卯式无螺钉螺栓盖板式热防护结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种榫卯式无螺钉螺栓盖板式热防护结构及其制备方法。所述盖板式热防护结构包括表面防热盖板、隔热材料固定组件和N块隔热材料活动组件，N大于等于2；N块隔热材料活动组件与表面防热盖板采用榫卯方式活动连接，隔热材料固定组件塞入各个隔热材料活动组件与表面防热盖板之间共同形成的空隙内部，用于最终将隔热材料活动组件与表面防热盖板限位固定，构成盖板式热防护主体结构。构成盖板式热防护主体结构。构成盖板式热防护主体结构。

【技术实现步骤摘要】
一种榫卯式无螺钉螺栓盖板式热防护结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种榫卯式无螺钉螺栓盖板式热防护结构及其制备方法，所述热防护结构为一种高温非烧蚀、可重复使用热防护结构，属于航空航天飞行器


技术介绍

[0002]高速飞行器在大气层飞行时，高速物体壁面与大气分子之间由于撞击、摩擦效应会产生高温高速气体(也称气动加热效应)，从而加热飞行器表面危害到飞行器的结构安全。为了克服气动加热效应的不利影响，高速飞行器一般需要设计专门部件来进行防护，一般将该类用于飞行器气动加热防护的专门材料或结构称为飞行器热防护系统。盖板式防热结构是高速飞行器常用的热防护系统之一，通常由高温防热盖板层、低导热隔热材料层、应变隔离层以及各层之间的连接件构成。高温防热盖板层主要抵御高温气流的传热效应及冲刷等力学载荷作用，低导热隔热材料层主要用于有效隔绝、阻碍盖板的热量传输至结构内部，应变隔离层主要用于协调外部材料高温应变和内部机体冷结构之间的变形协调，连接件的主要作用是将高温防热盖板层和低导热隔热材料层连接成具有一定高温机械载荷要求的有效整体。上述各部分功能组件组合安装后即为盖板防热结构，根据具体环境下的表面物理化学状态和温度响应情况选择盖板及隔热材料种类及各层厚度，可以满足高速飞行器在不同飞行条件下的气动热防护需求。
[0003]然而，传统盖板式防热结构存在如下缺陷：
[0004](1)、传统盖板式防热结构高温防热盖板层和低导热隔热材料层之间的连接件通常由高温强度较高的陶瓷或金属材料构成，该类材料的导热能力远高于低导热隔热材料，导致连接件自身及其周围区域易于传热造成“热短路”，从而形成局部“热点”，降低了整体结构的防热性能。
[0005](2)、传统盖板式防热结构的连接部件需要固定或穿越高温防热盖板和低导热隔热材料层，破坏了防热盖板和隔热材料的结构整体性，降低了材料的整体强度；对于陶瓷类盖板和隔热材料，连接件的螺纹等结构形成局部加工损伤并产生应力集中，易于造成陶瓷材料脆性断裂。
[0006](3)、传统盖板式防热结构的零件数目多，整体件组装过程复杂，连接有效性检查检验周期长，维护维修困难；另外，连接件加工难度大、周期长且成本高。

技术实现思路

[0007]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种榫卯式无螺钉螺栓盖板式热防护结构及其制备方法，实现盖板式防热结构的无连接件组装，解决连接件结构造成的局部“热短路”，有效降低盖板防热结构的零件数量，生产成本和安装、维护以及维修难度。
[0008]本专利技术解决技术的方案是：一种榫卯式无螺钉螺栓盖板式热防护结构，该热防护结构包括表面防热盖板、隔热材料固定组件和N块隔热材料活动组件，N大于等于2；
[0009]N块隔热材料活动组件与表面防热盖板采用榫卯方式活动连接，隔热材料固定组件塞入各个隔热材料活动组件与表面防热盖板之间共同形成的空隙内部，用于最终将隔热材料活动组件与表面防热盖板限位固定，构成盖板式热防护主体结构。
[0010]上述盖板式热防护结构还包括应变隔离垫和冷结构面板；
[0011]盖板式热防护主体结构与应变隔离垫之间通过第一粘接胶层粘接；应变隔离垫与冷结构面板之间通过第二粘接胶层粘接。
[0012]所述表面防热盖板为一端开口带有空腔的盒状结构，开口端周边设有朝向开口中心的翻边卷口；各个隔热材料活动组件结构相同，每个隔热材料活动组件外沿面预留与表面防热盖板卷口匹配的凹槽，各隔热材料活动组件从表面防热盖板开口端伸入到表面防热盖板空腔内，表面防热盖板卷口插入隔热材料活动组件的凹槽内，隔热材料活动组件沿卷口向外滑动直到与表面防热盖板相抵，最后，各个隔热材料活动组件与表面防热盖板之间共同形成一空隙，隔热材料固定组件塞入该空隙，构成盖板式热防护主体结构。
[0013]所述表面防热盖板采用碳/碳、碳/碳化硅、碳化硅/碳化硅、不锈钢、镍基高温合金、铌基高温合金、钼基难熔金属、钨基难熔金属或超高温陶瓷复合材料制成。
[0014]所述隔热材料活动组件和隔热材料固定组件采用玻璃纤维多孔隔热材料、石英纤维多孔隔热材料、氧化锆纤维多孔隔热材料、莫来石纤维多孔隔热材料或混杂纤维多孔隔热材料制成。
[0015]所述应变隔离垫采用SiO2纤维毡制成。
[0016]本专利技术的另一个技术方案是：一种榫卯式无螺钉螺栓盖板式热防护结构的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0017]S1、制备表面防热盖板、N个隔热材料活动组件；所述表面防热盖板为一端开口带有空腔的盒状结构，开口端周边设有朝向开口中心的翻边卷口；各个隔热材料活动组件结构相同，每个隔热材料活动组件外沿面预留与表面防热盖板卷口匹配的凹槽。
[0018]S2、将表面防热盖板放置安装台，将各隔热材料活动组件从表面防热盖板开口端伸入到表面防热盖板空腔内，表面防热盖板卷口插入隔热材料活动组件的凹槽内，隔热材料活动组件沿卷口向外滑动直到与表面防热盖板相抵，各个隔热材料活动组件与表面防热盖板之间共同形成一空隙；
[0019]S3、根据空隙大小和形状，制备隔热材料固定组件，将隔热材料固定组件塞入该空隙，各个隔热材料活动组件与表面防热盖板之间共同形成的空隙内部，最终将隔热材料活动组件与表面防热盖板限位固定，构成盖板式热防护主体结构；
[0020]S4、在盖板式热防护主体结构表面刷涂第一粘接胶层，将应变隔离垫(5)黏贴固定在盖板式热防护主体结构上；
[0021]S5、在应变隔离垫的表面刷涂第二粘接胶层，将冷结构面板黏贴固定在应变隔离垫上；
[0022]S6、将粘接好铝板冷结构的组件再次放入烘箱中使胶层固化，获得榫卯式无螺钉螺栓盖板式热防护结构。
[0023]所述表面防热盖板选用先进性陶瓷先驱体浸渍裂解(PIP)再进行化学气相浸渗(CVI)一体化成型工艺制备。
[0024]所述表面防热盖板采用碳/碳、碳/碳化硅、碳化硅/碳化硅、不锈钢、镍基高温合
金、铌基高温合金、钼基难熔金属、钨基难熔金属或超高温陶瓷复合材料制成。
[0025]所述隔热材料活动组件和隔热材料固定组件采用玻璃纤维多孔隔热材料、石英纤维多孔隔热材料、氧化锆纤维多孔隔热材料、莫来石纤维多孔隔热材料或混杂纤维多孔隔热材料制成。
[0026]所述应变隔离垫采用SiO2纤维毡制成。
[0027]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0028](1)本专利技术表面防热盖板、隔热材料活动组件、隔热材料固定组件之间采用榫卯式连接安装方法，消除了螺栓/螺母或螺钉的连接方式中连接件导致的“热短路”造成的局部漏热，显著提高了防热结构的整体隔热效率。如典型实施案例应用情况下，本专利技术可有效降低防热结构背面温度约56℃。
[0029](2)本专利技术由隔热材料活动组件、隔热材料固定组件与表面防热盖板构成的盖板式热防护主体结构，有效隔绝了热量，使得盖板式热防护主体结构与冷结构面板之间可以采用应变隔离垫两边涂覆高温胶的连接方式，避免使用了机械连接结构；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种榫卯式无螺钉螺栓盖板式热防护结构，其特征在于包括表面防热盖板(1)、隔热材料固定组件和N块隔热材料活动组件，N大于等于2；N块隔热材料活动组件与表面防热盖板(1)采用榫卯方式活动连接，隔热材料固定组件(3)塞入各个隔热材料活动组件与表面防热盖板(1)之间共同形成的空隙内部，用于最终将隔热材料活动组件与表面防热盖板(1)限位固定，构成盖板式热防护主体结构。2.根据权利要求1所述的一种榫卯式无螺钉螺栓盖板式热防护结构，其特征在于还包括应变隔离垫(5)和冷结构面板(7)；盖板式热防护主体结构与应变隔离垫(5)之间通过第一粘接胶层(4)粘接；应变隔离垫(5)与冷结构面板(7)之间通过第二粘接胶层(6)粘接。3.根据权利要求1所述的一种榫卯式无螺钉螺栓盖板式热防护结构，其特征在于所述表面防热盖板(1)为一端开口带有空腔的盒状结构，开口端周边设有朝向开口中心的翻边卷口；各个隔热材料活动组件结构相同，每个隔热材料活动组件外沿面预留与表面防热盖板(1)卷口匹配的凹槽，各隔热材料活动组件从表面防热盖板(1)开口端伸入到表面防热盖板(1)空腔内，表面防热盖板(1)卷口插入隔热材料活动组件的凹槽内，隔热材料活动组件沿卷口向外滑动直到与表面防热盖板(1)相抵，最后，各个隔热材料活动组件与表面防热盖板(1)之间共同形成一空隙，隔热材料固定组件(3)塞入该空隙，构成盖板式热防护主体结构。4.根据权利要求1所述的一种榫卯式无螺钉螺栓盖板式热防护结构，其特征在于所述表面防热盖板(1)采用碳/碳、碳/碳化硅、碳化硅/碳化硅、不锈钢、镍基高温合金、铌基高温合金、钼基难熔金属、钨基难熔金属或超高温陶瓷复合材料制成。5.根据权利要求1所述的一种榫卯式无螺钉螺栓盖板式热防护结构，其特征在于所述隔热材料活动组件和隔热材料固定组件采用玻璃纤维多孔隔热材料、石英纤维多孔隔热材料、氧化锆纤维多孔隔热材料、莫来石纤维多孔隔热材料或混杂纤维多孔隔热材料制成。6.根据权利要求1所述的一种榫卯式无螺钉螺栓盖板式热防护结构，其特征在于所述应变隔离垫(5)采用SiO2纤维毡制成。7.一种榫卯式无螺钉螺栓盖板式热防护结构的制备方法，其特征在于包括如下步骤：S1、制备表面防...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗晓光，俞继军，邓代英，马彬，陈思员，艾邦成，陈连忠，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：