本发明专利技术属于热防护相关技术领域，并公开了一种主被动协同的高效隔热结构及成型方法。该结构包括热承载面板、隔热面板和空心点阵夹芯，所述热承载面板和隔热面板相对设置，所述空心点阵夹芯设置在所述热承载面板和隔热面板之间，所述空心点阵夹芯中包括呈阵列分布的多面体，每个多面体的每条边为空心杆，该空心杆的中心填充有相变材料。通过本发明专利技术，解决点阵夹芯热导率高容易产生热短路的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热防护相关，更具体地，涉及一种主被动协同的高效隔热结构及成型方法。
技术介绍
1、高超声速飞行器是制胜空天的重要战略装备，由于高超飞行器超高速飞行过程(≥5马赫)中其表面与空气的摩擦，在飞行时外表面会被加热到上千摄氏度高温，其热流会逐渐传递到飞行器内部结构，飞行器内的燃料舱、设备舱及结构件均受高温影响，可能出现高温预警、主要元器件的高温失效乃至爆炸的风险。除此之外，高超飞行器的燃油重量占比高达50％以上。飞行器蒙皮及油箱需具有高效隔热的同时还需兼具轻量化的效果，因此亟需开发轻质高强兼具高效隔热效果的装置。
2、为防止飞行器表面高温热流向内传导，现有夹芯复合结构采用点阵结构作为骨架并填充绝缘层与相变材料层得到隔热承载一体化结构。cn 112728297a中公开了一种基于増材制造提高隔热效果的装置，该装置通过上下的实心板与中间阵列排布的八重桁架单胞结构，通过采用增材制造方式，可生产精度高、表面质量优异的三维点阵结构隔热零件。cn113562202a中也公开了一种基于相变材料的多层隔热承载一体化点阵热防护系统，该结构主要由顶部面板、芯子杆、中间面板、芯子杆和底部面板组成，面板之间有点阵夹芯结构，将隔热材料与相变材料填充于三层面板之间，利用相变材料的高相变材料与高热容进行储能，具有良好的隔热效果。
3、在这两种隔热结构中，由于层与层之间连接有点阵夹芯结构，点阵夹芯结构与周围绝缘隔热层相比具有较高热导率，容易产生热短路效应。因此当前亟需解决的一个关键问题是：降低点阵夹芯结构的热导率以减弱热短路效应。</p>
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种主被动协同的高效隔热结构及成型方法，解决点阵夹芯热导率高容易产生热短路的问题。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种主被动协同的高效隔热结构，该结构包括热承载面板、隔热面板和空心点阵夹芯，所述热承载面板和隔热面板相对设置，所述空心点阵夹芯设置在所述热承载面板和隔热面板之间，所述空心点阵夹芯中包括呈阵列分布的多面体，每个多面体的每条边为空心杆，该空心杆的中心填充有相变材料。
3、进一步优选地，所述相变材料为烷烃或气凝胶。
4、进一步优选地，空心点阵夹芯中所有空心杆的中心连通。
5、进一步优选地，所述空心点阵夹芯在所述热承载面板和隔热面板之间的相对密度为15％～30％。
6、进一步优选地，所述多面体为正八面体或八重桁架。
7、进一步优选地，所述热承载面板、隔热面板和空心杆的材料为耐500℃以上的高温钛合金。
8、进一步优选地，所述钛合金为ti60、ti600或ti1100。
9、进一步优选地，所述空心点阵夹芯中还设置有主动冷却介质，该冷却介质的雷诺数大于4000。
10、进一步优选地，所述空心杆的空心部分直径和壁厚的比值为1～10。
11、按照本专利技术的另一个方面，提供了一种主被动协同的高效隔热结构的成型方法，该方法包括：
12、构建所述高效隔热结构的三维几何模型，并对该三维几何模型进行切片获得多个切片层；
13、采用金属粉末进行激光熔融成型逐层所述切片层获得隔热结构的预制品；
14、在所述预制品中的空心杆中填充相变材料，以此获得所需的高效隔热结构。
15、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：
16、1.本专利技术提供的主被动协同的高效隔热结构，将空心点阵夹芯设计为空心构件，通过在其空心部分填充相变材料，根据需要调整空心部分直径与点阵结构壁厚比例，可以实现点阵结构热导率的可控变化，进而根据实际服役条件选择适合的热导率夹芯层，减少热短路效应，该装置可以适应不同的服役环境，可以灵活根据使用条件改变设计，同时兼具良好的力学性能和隔热效果，成本低，隔热效果优异。
17、2.本专利技术在空心点阵夹芯中设置通过流动冷却工质加强对流隔热，强化冷却效果，采用该种冷却设计可以在极端服役条件下保证隔热效果和力学性能，同时在装置对隔热需求相对较低的地方可以将冷却工质替换为低成本隔热材料如气凝胶，该装置可以根据实际服役条件选择不同的设计以匹配隔热需求，具有极高的经济性。
18、3.本专利技术的点阵结构可以通过改变单胞尺寸和空心杆的直径与壁厚调整力学性能，根据服役条件对力学承载性能的需求，选用不同相对密度的设计，高相对密度的设计具有更强的力学承载性能，但对使装置的重量增加。低相对密度的设计可以使装置轻量化。通过合理的相对密度设计可以满足服役条件力学承载性能需求并使装置轻量化。
19、4.本专利技术的高效隔热装置结构尺寸可从毫米级至米级，不同尺寸根据构件的装配需求选用不同的制造方案，具有广泛的应用领域。
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【技术保护点】
1.一种主被动协同的高效隔热结构，其特征在于，该结构包括热承载面板(1)、隔热面板(4)和空心点阵夹芯，所述热承载面板(1)和隔热面板(4)相对设置，所述空心点阵夹芯设置在所述热承载面板和隔热面板(4)之间，所述空心点阵夹芯中包括呈阵列分布的多面体，每个多面体的每条边为空心杆(2)，该空心杆(2)的中心填充有相变材料。
2.如权利要求1所述的一种主被动协同的高效隔热结构，其特征在于，所述相变材料为烷烃或气凝胶。
3.如权利要求1或2所述的一种主被动协同的高效隔热结构，其特征在于，空心点阵夹芯中所有空心杆(2)的中心连通。
4.如权利要求3所述的一种主被动协同的高效隔热结构，其特征在于，所述空心点阵夹芯在所述热承载面板和隔热面板(4)之间的相对密度为15％～30％。
5.如权利要求1或4所述的一种主被动协同的高效隔热结构，其特征在于，所述多面体为正八面体或八重桁架。
6.如权利要求1所述的一种主被动协同的高效隔热结构，其特征在于，所述热承载面板(1)、隔热面板(4)和空心杆(2)的材料为耐500℃以上的高温钛合金。
7.如权利要求6所述的一种主被动协同的高效隔热结构，其特征在于，所述钛合金为Ti60、Ti600或Ti1100。
8.如权利要求1或4所述的一种主被动协同的高效隔热结构，其特征在于，所述空心点阵夹芯中还设置有主动冷却介质，该冷却介质的雷诺数大于4000。
9.如权利要求1或4所述的一种主被动协同的高效隔热结构，其特征在于，所述空心杆(2)的空心部分直径和壁厚的比值为1～10。
10.一种主被动协同的高效隔热结构的成型方法，其特征在于，该方法包括：
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【技术特征摘要】
1.一种主被动协同的高效隔热结构，其特征在于，该结构包括热承载面板(1)、隔热面板(4)和空心点阵夹芯，所述热承载面板(1)和隔热面板(4)相对设置，所述空心点阵夹芯设置在所述热承载面板和隔热面板(4)之间，所述空心点阵夹芯中包括呈阵列分布的多面体，每个多面体的每条边为空心杆(2)，该空心杆(2)的中心填充有相变材料。
2.如权利要求1所述的一种主被动协同的高效隔热结构，其特征在于，所述相变材料为烷烃或气凝胶。
3.如权利要求1或2所述的一种主被动协同的高效隔热结构，其特征在于，空心点阵夹芯中所有空心杆(2)的中心连通。
4.如权利要求3所述的一种主被动协同的高效隔热结构，其特征在于，所述空心点阵夹芯在所述热承载面板和隔热面板(4)之间的相对密度为15％～30％。
5.如权利要求1或4所...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋波，程皓，张志，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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