一种发动机多层主动冷却防隔热结构及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种发动机多层主动冷却防隔热结构及制备方法，发动机多层主动冷却防隔热结构，包括：支撑结构层(1)，主动冷却层(2)，热障涂层(3)；所述主动冷却层(2)与所述支撑结构层(1)相互固定连接；所述热障涂层(3)在所述支撑结构层(1)远离所述主动冷却层(2)的一侧涂覆设置；所述主动冷却层(3)中设置有用于循环冷却液的冷却流道(2a)。本发明专利技术的防隔热性能优良，可充分满足发动机长时间巡航工作的防隔热要求。要求。要求。

【技术实现步骤摘要】
一种发动机多层主动冷却防隔热结构及制备方法


[0001]本专利技术涉及发动机
，尤其涉及一种发动机多层主动冷却防隔热结构及制备方法。

技术介绍

[0002]高超声速飞行器用于实现高马赫数巡航的关键在于其发动机所提供的足够动力。发动机防隔热结构采用单层主动冷却结构，发动机在工作过程中，受高马赫数下高热流影响，存在煤油温升过高，金属结构外壁温过高等问题。同时，由于金属材料的力学性能在高温下降低明显，进而导致发动机的防隔热在高温下结构的强刚度下降，从而导致发动机在工作过程中存在的稳定性和可靠性不足等问题。
[0003]此外，在高马赫数巡航时，为保护飞行器内部的油囊、电气设备等，需要对发动机的金属外壁进行防隔热设计。采用现有的隔热层方案，随着飞行设计时间的延长，热量的富集现象更加明显，导致防隔热材料始终处于温升阶段，无法满足飞行器长时间飞行要求。通常采用增加隔热层的厚度以应对飞行器在长时间运行时所产生的热量，但这种被动防隔热方案非常容易导致隔热材料的重量及成本上升，同时大量占用飞行器的总体空间，进而导致飞行器无法进一步实现长时间飞行要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种发动机多层主动冷却防隔热结构及制备方法。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种发动机多层主动冷却防隔热结构，包括：支撑结构层，主动冷却层，热障涂层；
[0006]所述主动冷却层与所述支撑结构层相互固定连接；
[0007]所述热障涂层在所述支撑结构层远离所述主动冷却层的一侧涂覆设置；
[0008]所述主动冷却层中设置有用于循环冷却液的冷却流道。
[0009]根据本专利技术的一种方案，所述支撑结构层包含至少一个支撑结构；
[0010]所述支撑结构包括：基板，支撑连接件；
[0011]所述基板包括：第一侧面，与所述第一侧面相互平行的第二侧面；
[0012]所述支撑连接件阵列设置在所述基板的第二侧面上；
[0013]所述热障涂层设置于距离所述主动冷却层最远的所述基板的第一侧面上。
[0014]根据本专利技术的一种方案，所述基板为平面板，曲面板中的至少一种；
[0015]所述支撑结构在所述基板上设置有多个，且相邻的所述支撑结构通过所述支撑连接件相互固定连接；
[0016]所述主动冷却层固定支承在与所述主动冷却层距离最近的所述支承结构的支撑连接件上。
[0017]根据本专利技术的一种方案，相邻所述支撑结构上的所述支撑连接件相互错位设置。
[0018]根据本专利技术的一种方案，还包括：低发射率涂层；
[0019]若所述支撑结构的所述第一侧面上设置有所述热障涂层，则在所述支撑结构的第二侧面设置所述低发射率涂层；
[0020]若所述支撑结构的所述第一侧面上未设置所述热障涂层，则分别在所述支撑结构的所述第一侧面和所述第二侧面上分别设置所述低发射率涂层。
[0021]根据本专利技术的一种方案，所述主动冷却层的厚度为1.5～3mm；
[0022]所述支撑结构的厚度为0.2～1mm；
[0023]所述热障涂层的厚度为0.2～0.5mm；
[0024]所述低发射率涂层的厚度为0.15～0.25mm。
[0025]根据本专利技术的一种方案，所述支撑结构可采用镍基高温合金、不锈钢、钛合金、铝合金或铝镁合金材料制成；
[0026]所述热障涂层采用氧化锆基陶瓷涂层；
[0027]所述低发射率涂层的发射率小于或等于0.3；其中，所述低发射率涂层采用硅酸盐基、磷酸盐基发射率涂层，金属Au、Pt薄膜涂层，树脂基、玻璃基金属微粉涂层中的一种。
[0028]根据本专利技术的一种方案，所述热障涂层采用采用等离子喷涂工艺制备；
[0029]所述低发射率涂层采用刮涂工艺制备；
[0030]所述支撑连接件为截面呈规则形状的实心柱体；或者，
[0031]所述支撑连接件为截面呈规则形状的空心柱体；或者，
[0032]所述支撑连接件为球体。
[0033]所述基板和支撑连接件为一体的，或者，所述基板和支撑连接件采用焊接、粘接、铆接、螺纹连接中的至少一种连接方式固定连接。
[0034]根据本专利技术的一种方案，若所述支撑结构层包含多个所述支撑结构，则多个所述支撑结构所采用的金属材料为一致的；或者，若所述支撑结构层包含多个所述支撑结构，则沿靠近所述主动冷却层的方向，处于最外层的所述支撑结构采用钛合金、铝合金或铝镁合金材料制成，其余所述支撑结构采用的材料内层采用镍基高温合金或不锈钢。
[0035]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种用于前述的发动机多层主动冷却防隔热结构的制备方法，包括：
[0036]S1.按照预设的结构方案分别制备支撑结构层和主动冷却层；
[0037]S2.在所述支撑结构层远离所述主动冷却层的一侧涂覆热障涂层；其中，若所述支撑结构层包含多个支撑结构，则在距离所述主动冷却层最远的所述支撑结构的外侧涂覆所述热障涂层，并在所述支撑结构的另一侧面设置低发射率涂层；其余所述支撑结构的两个侧面上分别涂覆低发射率涂层；
[0038]S3.采用扩散焊的方式将所述支撑结构层与所述主动冷却层固定连接。
[0039]根据本专利技术的一种方案，通过设置支撑结构层和主动冷却层的组合方式，不仅能够有效的增强高温环境下具有良好的结构强刚度，还能够有效降低整体的结构质量，同时减小了防隔热结构所占用飞行器空间，还保证了在防隔热结构的稳定性和可靠性。此外，通过在支承结构层上涂覆热障涂层的方式进一步有效阻隔了高温环境对支撑结构层的影响，进一步保证了本专利技术的使用稳定性和可靠性。
[0040]根据本专利技术的一种方案，本专利技术所采用的多层结构，具有整体强刚度优越，同时，利用镍基高温合金、不锈钢、钛合金等金属材料的在高温下具有良好的延展性等特性，通过
其高温下的自适应变形降低结构热应力影响，提高了内层金属结构工作的可靠性。
[0041]根据本专利技术的一种方案，采用在基板上阵列设置支撑连接件的方式，可有效增加支撑结构的高度，实现了延长传热距离的效果。此外，通过采用阵列设置的支撑连接件还可有效降低相邻支撑结构或支撑结构与主动冷却层之间的连接面积，进一步降低了导热接触面，增大了传热热阻，更为有效的降低了热量的进一步传导，对保证本专利技术的防隔热效果有益。
[0042]根据本专利技术的一种方案，本专利技术所采用的多层结构，具有上述传热接触面显著减小等特点，同时，在支撑结构的第一侧、第二侧面上设置低发射涂层，进一步减小了热辐射的传递，传递至主动冷却层中的热量明显减少，结构的外壁温降低明显，具有防隔热性能优异，可充分满足发动机长时间巡航工作的防隔热要求。
[0043]根据本专利技术的一种方案，本专利技术所采用的多层结构，由于传递至主动冷却层中的热量明显减少，从而显著地降低了发动机工作过程中的煤油温升，同时降低了发动机主动冷却层的结构壁温，充分地利用了金属材料在温度较低时其力学性能的优异性，从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发动机多层主动冷却防隔热结构，其特征在于，包括：支撑结构层(1)，主动冷却层(2)，热障涂层(3)；所述主动冷却层(2)与所述支撑结构层(1)相互固定连接；所述热障涂层(3)在所述支撑结构层(1)远离所述主动冷却层(2)的一侧涂覆设置；所述主动冷却层(2)中设置有用于循环冷却液的冷却流道(2a)。2.根据权利要求1所述的发动机多层主动冷却防隔热结构，其特征在于，所述支撑结构层(1)包含至少一个支撑结构(11)；所述支撑结构(11)包括：基板(111)，支撑连接件(112)；所述基板(11)包括：第一侧面，与所述第一侧面相互平行的第二侧面；所述支撑连接件(12)阵列设置在所述基板(11)的第二侧面上；所述热障涂层(3)设置于距离所述主动冷却层(2)最远的所述基板(11)的第一侧面上。3.根据权利要求2所述的发动机多层主动冷却防隔热结构，其特征在于，所述基板(111)为平面板，曲面板中的至少一种；所述支撑结构(11)在所述基板(11)上设置有多个，且相邻的所述支撑结构(11)通过所述支撑连接件(112)相互固定连接；所述主动冷却层(2)固定支承在与所述主动冷却层(2)距离最近的所述支承结构(11)的支撑连接件(112)上。4.根据权利要求3所述的发动机多层主动冷却防隔热结构，其特征在于，相邻所述支撑结构(11)上的所述支撑连接件(112)相互错位设置。5.根据权利要求4所述的发动机多层主动冷却防隔热结构，其特征在于，还包括：低发射率涂层(4)；若所述支撑结构(11)的所述第一侧面上设置有所述热障涂层(3)，则在所述支撑结构(11)的第二侧面设置所述低发射率涂层(4)；若所述支撑结构(11)的所述第一侧面上未设置所述热障涂层(3)，则分别在所述支撑结构(11)的所述第一侧面和所述第二侧面上分别设置所述低发射率涂层(4)。6.根据权利要求5所述的发动机多层主动冷却防隔热结构，其特征在于,所述主动冷却层(2)的厚度为1.5～3mm；所述支撑结构(11)的厚度为0.2～1mm；所述热障涂层(3)的厚度为0.2～0.5mm；所述低发射率涂层(4)的厚度为0.15～0.25mm。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘余，曾亿江，王宁，陈健，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：