[發明專利]一種高速飛行器大面積夾層防隔熱結構及其成型方法

有效

• 申請號: 201310200613.5
• 申請日: 2013-05-27
• 公開（公告）號: CN103287568A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 談娟娟;胡良全;孫超明;陳玲飛;彭玉剛
• 申請（專利權）人: 北京玻鋼院復合材料有限公司
• 主分類號: B64C1/40
• 分類號: B64C1/40;B32B3/12;B32B5/24;B29C69/00
• 代理公司: 北京諾孚爾知識產權代理有限責任公司 11242
• 代理人: 魏永金

技術領域

本發明涉及一種夾層防隔熱結構，具體講是一種適用于高速飛行器大面積夾層防隔熱結構及其成型方法，屬于航空航天飛行器表層熱防護結構領域。

背景技術

隨著現代航空航天事業的發展，航天飛行器以高馬赫數在大氣層中長時間機動飛行，氣動加熱較嚴重和持久，飛行器表面結構需要承受機械載荷的同時還需承受較強烈的熱載荷。因此，兼具承載性能的熱防護層結構設計是當今航天領域結構設計的一大趨勢。

對于飛行器的大面積機身部分，一般采用金屬、隔熱氈等防熱結構組成防熱系統，保護飛行器內部常溫結構不受影響。近年來，隨著導彈等飛行器再入時間由幾十秒、100秒增加到200秒甚至600秒，對防熱材料隔熱性能的要求也越來越高。因此，傳統的耐火纖維，如硅酸鋁或莫來石纖維氈在高溫段的隔熱效果已經不能滿足實際應用的要求。氣凝膠復合材料是一種輕質低熱傳導的超級隔熱材料，美國率先開展了將氣凝膠隔熱材料應用于高超聲速飛行器再入熱防護系統方面的應用研究。因為氣凝膠具有三維納米顆粒骨架（骨架顆粒2~5nm），高比表面積（500~1200m²/g），納米級孔洞（約20nm）等獨特的結構，能夠有效抑制固態熱傳導和氣態熱傳導，是目前熱導率最低的固態材料，常溫的導熱系數為0.015W/m·k。但是氣凝膠復合材料的力學性能低，承載性能差，單純采用氣凝膠復合材料應用于高速飛行器大面積機身部位作為熱防護結構使用仍不能滿足實際應用的要求；到目前為止，還沒有能夠解決氣凝膠復合材料力學性能低，承載性能差等缺陷的成功實例的相關報導，使氣凝膠復合材料在高速飛行器再入熱防護系統中的使用受到限制。

發明內容

為了解決上述現有技術中存在的不足，本發明的目的是提供一種能滿足長時間防隔熱的需求，并且具有較好的強度、尺寸穩定性和加工工藝性強的高速飛行器大面積夾層防隔熱結構；同時還提供了該夾層防隔熱結構的成型方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種高速飛行器大面積夾層防隔熱結構，夾設于該高速飛行器的金屬承載結構件基底的表面與表層材料之間；其特點為：所述夾層防隔熱結構由下至上依次由網格筋支撐層、隔熱層和外蒙皮防熱層復合而成；所述網格筋支撐層由內蒙皮和在內蒙皮上表面通過若干立體軟模成型的若干網格構成；其中，若干網格的形狀相同、大小一致；所述隔熱層由平鋪于若干網格中的隔熱材料構成；該隔熱材料為與所述網格形狀、大小和數量相同的若干塊狀的氣凝膠復合材料；每個氣凝膠復合材料與所述網格相接處均涂有膠粘劑；所述外蒙皮防熱層由平鋪于所述隔熱層表面的所述耐高溫纖維通過RTM樹脂傳遞模塑工藝成型，其厚度≥4mm。

上述內蒙皮的厚度為1~3mm；上述網格的筋條高度為10~12mm，筋條截面寬度為2mm；上述耐高溫纖維為無機纖維紗或無機纖維織物；所述無機纖維紗或無機纖維織物經耐燒蝕樹脂浸漬或涂覆復合后構成纖維增強復合材料；其中，無機纖維紗或無機纖維織物的用量占所述纖維增強復合材料總用量的質量百分比為50%~70%。

上述若干立體軟模可選用矩形、平行四邊形或三角形中任一種；其形成的網格形狀與所用的立體軟模形狀相同。所述網格的形狀為矩形、平行四邊形或三角形中任一種；最佳為矩形，每個矩形網格的長寬為100mm×200mm，網格的高度為其筋條高度,最佳高度為10mm。

本發明還提供了上述夾層防隔熱結構的成型方法，包括步驟如下：

1）選取包括無機纖維紗或無機纖維織物的耐高溫纖維以及耐燒蝕樹脂作原料備用；

2）用丙酮或酒精將所述金屬承載結構件基底的表面清洗凈，晾干后在其上用濕法纖維纏繞工藝將步驟1）經耐燒蝕樹脂浸漬的無機纖維紗纏繞形成內蒙皮層，將該內蒙皮層連同金屬承載結構件基底一同放入固化爐中預固化；預固化溫度為90~130℃，預固化時間為1~3小時；成型為所述內蒙皮；

3）在步驟2）成型的內蒙皮上加工制作所述網格，再經固化成型為所述網格筋支撐層；?

4）預制與所述網格的規格、形狀及數量相同的氣凝膠復合材料；在若干網格內逐個涂刷有膠粘劑，將預制成塊的若干氣凝膠復合材料逐塊放置于與其對應的網格內固定，所述氣凝膠復合材料的表面與所述網格筋支撐層的筋條頂部表面平齊，構成所述隔熱層；

5）在步驟4）隔熱層表面涂刷一層所述膠粘劑，在該膠粘劑上面鋪覆有若干層厚度為0.1~0.4mm的無機纖維織物，用RTM樹脂傳遞模塑工藝灌注所述耐燒蝕樹脂；再將其放入步驟2）所述的固化爐中經高溫固化制度固化成型為所述外蒙皮防熱層。