【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空航天工程气动热防护，尤其是涉及一种柔性热防护系统及其制备方法。
技术介绍
1、某些航空航天高速飞行器由于受发射或工作装填约束空间限制，或为了进一步提高飞行器的气动性能，会选用柔性可展开结构。对于一些在大气层内高速飞行器的航空航天器还需要柔性可展开结构具有气动热防护功能。
2、因此，兼具气动加热环境防护能力和折叠存储变形能力的柔性热防护系统，成为未来航空航天飞行器的一类重要共性技术需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种柔性热防护系统及其制备方法，本专利技术各功能层协同工作，克服了刚性防热材料无法变形和纤维编织材料渗透与传热性能差的难题，使得该柔性热防护系统能够大幅降低烧蚀后退速率、提升结构耐高温和大变形适应能力。
2、本专利技术提供一种柔性热防护系统，包括自上而下依次设置的柔性纤维布功能层、金属箔功能层、柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层和柔性纤维增强弹性体复合材料功能层；
3、所述柔性纤维布功能层、所述金属箔功能层、所述柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层和所述柔性纤维增强弹性体复合材料功能层之间使用纤维缝合线缝合。
4、其中，单个功能层由若干相同单层材料构成，各功能层的单层材料层数可由设计者根据具体使用环境具体选择。
5、本专利技术的柔性热防护系统包括自上而下依次设置的柔性纤维布功能层、金属箔功能层、柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层和柔性纤维增强弹性体复合材料功能层，通过不同的层间缝合方式即可
6、其中，本专利技术的柔性纤维布功能层优选耐高温且具有变形能力的柔性纤维布材料，具体包括碳化硅纤维编织布、碳纤维编织布、氧化铝纤维编织布、二氧化硅纤维布、莫来石纤维布、高硅氧纤维布、玄武岩纤维布、二氧化硅纤维网胎、莫来石纤维网胎、高硅氧纤维网胎和玄武岩纤维网胎中的任意一种或多种；
7、而所述柔性纤维布功能层的编织方式包括平纹、斜纹和缎纹中的任意一种，编织体积密度为30-60％，单层所述柔性纤维布的厚度为0.1-0.3mm。
8、实际使用时，可根据需要选择上述柔性纤维布材料中的一种或多种，并且每种也可以根据使用场景需求选择单层或多层，而每层也可能选择不同厚度的纤维布。
9、本专利技术的金属箔功能层优选耐高温且具有变形能力和辐射阻挡特性的金属箔材料，具体包括镍箔、不锈钢箔和铝箔中的任意一种或多种；其中，单层所述金属箔功能层的厚度为0.01-0.03mm。
10、本专利技术的柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层优选低导热特性且具有变形能力的柔性纤维增强气凝胶复合材料，具体包括碳化硅纤维增强二氧化硅气凝胶材料、碳纤维增强二氧化硅气凝胶材料、氧化铝纤维增强二氧化硅气凝胶材料、二氧化硅纤维增强二氧化硅气凝胶材料、莫来石纤维增强二氧化硅气凝胶材料、高硅氧纤维增强二氧化硅气凝胶材料、玄武岩纤维增强二氧化硅气凝胶材料、碳化硅纤维增强聚酰亚胺气凝胶材料、碳纤维增强聚酰亚胺气凝胶材料、氧化铝纤维增强聚酰亚胺气凝胶材料、二氧化硅纤维增强聚酰亚胺气凝胶材料、莫来石纤维增强聚酰亚胺气凝胶材料、高硅氧纤维增强聚酰亚胺气凝胶材料和玄武岩纤维增强聚酰亚胺气凝胶材料中的任意一种或多种；其中，单层所述柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层的厚度为0.2-0.5mm。
11、本专利技术的柔性纤维增强弹性体复合材料功能层优选低渗透特性且具有变形能力的柔性纤维增强弹性体复合材料，具体包括碳化硅纤维增强硅橡胶材料、碳纤维增强硅橡胶材料、氧化铝纤维增强硅橡胶材料、二氧化硅纤维增强硅橡胶材料、莫来石纤维增强硅橡胶材料、高硅氧纤维增强硅橡胶材料、玄武岩纤维增强硅橡胶材料、芳纶纤维增强硅橡胶材料、碳化硅纤维增强聚酰亚胺材料、碳纤维增强聚酰亚胺材料、氧化铝纤维增强聚酰亚胺材料、二氧化硅纤维增强聚酰亚胺材料、莫来石纤维增强聚酰亚胺材料、高硅氧纤维增强聚酰亚胺材料、玄武岩纤维增强聚酰亚胺材料和芳纶纤维增强聚酰亚胺材料中的任意一种或多种；其中，单层所述柔性纤维增强弹性体复合材料功能层的厚度为0.1-0.5mm。
12、而本专利技术所使用的纤维缝合线具体包括碳化硅纤维线、碳纤维线、氧化铝纤维线、二氧化硅纤维线、莫来石纤维线、高硅氧纤维线、玄武岩纤维线、钢丝线和铝丝线中的任意一种或多种。通过该缝合线进行缝合，可将柔性纤维布功能层、金属箔功能层、柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层和柔性纤维增强弹性体复合材料功能层紧密连接在一起，以得到结构稳定的柔性热防护系统。
13、第二方面，本专利技术还提供了上述柔性热防护系统的制备方法，也理应属于本专利技术的保护范围，具体包括以下步骤：
14、将所述柔性纤维布功能层、所述金属箔功能层、所述柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层和所述柔性纤维增强弹性体复合材料功能层自上而下依次叠放，并在相邻的2-3个功能层之间使用纤维缝合线进行缝合；
15、缝合完成后，根据需要的尺寸和形状进行画线、裁剪，得到柔性热防护系统。
16、本专利技术将若干层耐高温且具有变形能力的柔性纤维布功能层，耐高温且具有变形能力和辐射阻挡特性的金属箔功能层，低导热特性且具有变形能力的柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层，低渗透特性且具有变形能力的柔性纤维增强弹性体复合材料功能层按照一定的顺序叠放，然后采用纤维缝合线分层缝合；缝合后按照使用需求裁剪即可获得柔性热防护结构。
17、该制备方法简单，无需复杂昂贵的设备，易于扩大生产，具有优异的社会效益和经济效益。
18、本专利技术对于缝合的方式不作严格限定，具体在缝合时，可对所述柔性纤维布功能层、所述金属箔功能层和所述柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层进行缝合；对所述金属箔功能层、所述柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层和所述柔性纤维增强弹性体复合材料功能层进行缝合；对所述柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层和所述柔性纤维增强弹性体复合材料功能层进行缝合。相邻层缝合避免了整体式缝合的变形约束，进一步提高了整体柔性结构的变形能力。
19、其中，所述柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层和所述柔性纤维增强弹性体复合材料功能层之间为交叉缝合；
20、或所述柔性纤维布功能层和所述金属箔功能层之间为交叉缝合；
21、或所述金属箔功能层和所述柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层之间为交叉缝合。
22、在上述技术方案中，每层缝合时缝合针的密度优选为1-5针/cm2。
23、本专利技术的柔性热防护系统及其制备方法，至少具有以下有益效果：
24、本专利技术的柔性热防护系统包括自上而下依次设置的柔性纤维布功能层、金属箔功能层、柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层和柔性纤维增强弹性体复合材料功能层，其中，柔性纤维布功能层耐高温且具有变形能力，金属箔功能层耐高温且具有变形能力和辐射阻挡特性，柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层具备低导热特性且具本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种柔性热防护系统，其特征在于，包括自上而下依次设置的柔性纤维布功能层、金属箔功能层、柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层和柔性纤维增强弹性体复合材料功能层；
2.根据权利要求1所述的柔性热防护系统，其特征在于，所述柔性纤维布功能层包括碳化硅纤维编织布、碳纤维编织布、氧化铝纤维编织布、二氧化硅纤维布、莫来石纤维布、高硅氧纤维布、玄武岩纤维布、二氧化硅纤维网胎、莫来石纤维网胎、高硅氧纤维网胎和玄武岩纤维网胎中的任意一种或多种；
3.根据权利要求1所述的柔性热防护系统，其特征在于，所述金属箔功能层包括镍箔、不锈钢箔和铝箔中的任意一种或多种；
4.根据权利要求1所述的柔性热防护系统，其特征在于，所述柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层包括碳化硅纤维增强二氧化硅气凝胶材料、碳纤维增强二氧化硅气凝胶材料、氧化铝纤维增强二氧化硅气凝胶材料、二氧化硅纤维增强二氧化硅气凝胶材料、莫来石纤维增强二氧化硅气凝胶材料、高硅氧纤维增强二氧化硅气凝胶材料、玄武岩纤维增强二氧化硅气凝胶材料、碳化硅纤维增强聚酰亚胺气凝胶材料、碳纤维增强聚酰亚胺气凝胶材料、氧化铝纤维增强聚酰亚胺
5.根据权利要求1所述的柔性热防护系统，其特征在于，所述柔性纤维增强弹性体复合材料功能层包括碳化硅纤维增强硅橡胶材料、碳纤维增强硅橡胶材料、氧化铝纤维增强硅橡胶材料、二氧化硅纤维增强硅橡胶材料、莫来石纤维增强硅橡胶材料、高硅氧纤维增强硅橡胶材料、玄武岩纤维增强硅橡胶材料、芳纶纤维增强硅橡胶材料、碳化硅纤维增强聚酰亚胺材料、碳纤维增强聚酰亚胺材料、氧化铝纤维增强聚酰亚胺材料、二氧化硅纤维增强聚酰亚胺材料、莫来石纤维增强聚酰亚胺材料、高硅氧纤维增强聚酰亚胺材料、玄武岩纤维增强聚酰亚胺材料和芳纶纤维增强聚酰亚胺材料中的任意一种或多种；
6.根据权利要求1所述的柔性热防护系统，其特征在于，所述纤维缝合线包括碳化硅纤维线、碳纤维线、氧化铝纤维线、二氧化硅纤维线、莫来石纤维线、高硅氧纤维线、玄武岩纤维线、钢丝线和铝丝线中的任意一种或多种。
7.权利要求1-6任一项所述柔性热防护系统的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述柔性纤维布功能层、所述金属箔功能层和所述柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层进行缝合；
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层和所述柔性纤维增强弹性体复合材料功能层之间为交叉缝合；
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，缝合针的密度为1-5针/cm2。
...【技术特征摘要】
1.一种柔性热防护系统，其特征在于，包括自上而下依次设置的柔性纤维布功能层、金属箔功能层、柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层和柔性纤维增强弹性体复合材料功能层；
2.根据权利要求1所述的柔性热防护系统，其特征在于，所述柔性纤维布功能层包括碳化硅纤维编织布、碳纤维编织布、氧化铝纤维编织布、二氧化硅纤维布、莫来石纤维布、高硅氧纤维布、玄武岩纤维布、二氧化硅纤维网胎、莫来石纤维网胎、高硅氧纤维网胎和玄武岩纤维网胎中的任意一种或多种；
3.根据权利要求1所述的柔性热防护系统，其特征在于，所述金属箔功能层包括镍箔、不锈钢箔和铝箔中的任意一种或多种；
4.根据权利要求1所述的柔性热防护系统，其特征在于，所述柔性纤维增强气凝胶复合材料功能层包括碳化硅纤维增强二氧化硅气凝胶材料、碳纤维增强二氧化硅气凝胶材料、氧化铝纤维增强二氧化硅气凝胶材料、二氧化硅纤维增强二氧化硅气凝胶材料、莫来石纤维增强二氧化硅气凝胶材料、高硅氧纤维增强二氧化硅气凝胶材料、玄武岩纤维增强二氧化硅气凝胶材料、碳化硅纤维增强聚酰亚胺气凝胶材料、碳纤维增强聚酰亚胺气凝胶材料、氧化铝纤维增强聚酰亚胺气凝胶材料、二氧化硅纤维增强聚酰亚胺气凝胶材料、莫来石纤维增强聚酰亚胺气凝胶材料、高硅氧纤维增强聚酰亚胺气凝胶材料和玄武岩纤维增强聚酰亚胺气凝胶材料中的任意一种或多种；
5.根据权利要求1所述的柔性...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗晓光，聂榕序，宋立业，陈思员，俞继军，艾邦成，
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：
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