[發明專利]用于高超音速飛行器熱防護系統的金屬合金蓋板

無效

• 申請號: 200910312635.4
• 申請日: 2009-12-30
• 公開（公告）號: CN101722687A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 李明偉;曾崗;何飛;趙軼杰;史麗萍;赫曉東;孫躍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B32B3/12
• 分類號: B32B3/12;B32B15/04;B32B7/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 徐愛萍

技術領域

本發明涉及一種用于高超音速飛行器的金屬合金蓋板。

背景技術

高超音速飛行器研究在往返途中表面與空氣摩擦產生的高溫，并受到微小的隕石、太空碎片等的超高速撞擊，以及近地大氣層雨水的腐蝕等等考驗。為了克服經受這些考驗，熱防護系統的保護是十分必要的。

目前，各國采用較多的是第三代熱防護系統：陶瓷熱防護結構，但其強度低、脆性大、耐沖擊性差、非常容易破壞，而且結構易吸潮。所以在每次飛行前都要進行費時費力的防水處理，并且與主體結構的相容性差。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有陶瓷熱防護結構強度低、脆性大、耐沖擊性差、容易破壞、結構易吸潮、飛行前進行防水處理和與主體結構的相容性差的問題，提出了一種用于高超音速飛行器熱防護系統的金屬合金蓋板。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：所述金屬合金蓋板包括蜂窩體、上層板和下層板、相變材料和外殼，所述下層板的上表面與蜂窩體的下表面固接，所述蜂窩體的每個蜂窩胞元為正六邊形，每個正六邊形蜂窩胞元內填充有裝在外殼內的相變材料，所述蜂窩體與相變材料及外殼組合構成蜂窩層，所述蜂窩體的上表面與上層板的下表面固接，所述蜂窩體、上層板和下層板的材料均為Ni基高溫合金、Fe基高溫合金、Ni-Fe基高溫合金、Co基高溫合金或Nb基高溫合金，所述相變材料為Al-Si合金，所述外殼為Al₂O₃時，所述相變材料為Al-Si合金，所述外殼為SiO₂、ZrO₂或Al₂O₃時，所述相變材料為LiF。

本發明具有以下有益效果：1.本發明結構強度高、質量輕、韌性好不易破壞、不吸潮、與主體結構相容性好、可拆卸、防水性好且維護維修成本低。2.本發明中的蜂窩體結構，在輕質的基礎上能有效保證熱防護結構的強度和可靠性，且為填充相變材料提供了條件的同時也為熱量向相變材料的傳輸提供了條件。3.蜂窩體與上層板和下層板固接后，每個蜂窩胞元與上層板和下層板之間形成小空間，將裝在外殼內的相變材料可靠地固定在這個空間內，保證了熱防護系統的可靠性。本發明用于飛行高度在30千米到100千米，飛行速度在3馬赫數到15馬赫數的一次性或可重復使用的高超聲速飛行器的熱防護。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖，圖2是圖1的A-A剖視圖，圖3是圖1的B部放大圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的金屬合金蓋板包括蜂窩體1、上層板2和下層板3、相變材料4和外殼6，所述下層板3的上表面與蜂窩體1的下表面固接，所述蜂窩體1的每個蜂窩胞元1-1為正六邊形，每個正六邊形蜂窩胞元1-1內填充有裝在外殼6內的相變材料4，所述蜂窩體1與相變材料4及外殼6組合構成蜂窩層5，所述蜂窩體1的上表面與上層板2的下表面固接，所述蜂窩體1、上層板2和下層板3的材料均為Ni基高溫合金、Fe基高溫合金、Ni-Fe基高溫合金、Co基高溫合金或Nb基高溫合金，所述外殼6為Al₂O₃時，所述相變材料4為Al-Si合金，所述外殼6為SiO₂、ZrO₂或Al₂O₃時，所述相變材料4為LiF，其中金屬合金蓋板的使用溫度為600-1000℃；

每個蜂窩胞元1-1內填充裝在外殼6內的相變材料4，當溫度上升到或高于相變材料相變溫度時，相變材料4吸收熱量發生相變，該金屬合金蓋板溫度在相變材料4相變過程中不發生大于20℃的變化，相變材料4相變完成后金屬合金蓋板才繼續升溫；飛行器表面停止加熱后，金屬合金蓋板溫度低于相變材料4相變溫度時，相變材料4發生逆向相變，放出熱量。相變材料4的工作原理使得熱防護系統在飛行器表面加熱時更多熱量滯留在熱防護系統中，減小向飛行器機體的傳遞，與未填充相變材料的熱防護系統相比，該結構更薄更輕，從而提供更大的有效載荷或艙體空間。

具體實施方式二：結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的每個正六邊形蜂窩胞元1-1的壁厚為0.05-0.1mm。其它組成及連接關系與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的蜂窩體1的高度為2-20mm。其它組成及連接關系與具體實施方式一相同。