[發明專利]用于空天飛行器的玻璃嵌板

在審

• 申請號: 201480025752.1
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN105189286A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 約翰·科拉伯夫
• 申請（專利權）人: 空中客車防務和空間公司
• 主分類號: B64C1/14
• 分類號: B64C1/14;B64G1/22
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 董敏;李新燕

技術領域

本發明涉及用于空天飛行器的玻璃，并且特別涉及用于包括風擋和乘客窗的空天飛機型的空天飛行器的玻璃。

術語空天飛機涉及一種下述的運載工具，該運載工具能夠像飛機一樣在地球的大氣層中運動，但是也能夠進行亞軌道太空飛行，例如使用火箭發動機使其能夠到達至少100千米的高度。一般來說，這種空天飛機在整個飛行包線中的最大速度不超過5馬赫。

背景技術

根據定義，用于飛行器的玻璃意在允許乘客或者飛行人員看到飛行器的外面。

為此，這些玻璃嵌板不僅必須允許看到外面，而且還必須承受與飛行器的其他部分所承受的相同的環境和操作應力，因而抵抗飛行器穿過空氣的向前運動，確保保持飛行器內部的壓力，抵擋飛行期間遭受的諸如暴雨、冰雹、鳥擊或者當在地面上時遭受的諸如碎石之類的各種外部攻擊，耐受和過濾輻射，并且這些玻璃嵌板必須能夠除冰，以及確保在故障事件中乘客的安全等。

關于用于民用和軍用飛行器的玻璃，具有大量可用的數據和豐富的經驗。通常，區分為兩種類型的用于飛行器的玻璃：

-用于風擋和駕駛艙的玻璃，

-用于乘客(窗)的玻璃。

由于第一種類型的玻璃的位置在飛行器的前部處，因而其經受最大的

攻擊。

包括若干層的風擋的產品從例如文獻US2010/0020381A1、US2010/0163676A1、EP0322776A2中得知。

航空風擋的玻璃通常具有由玻璃層、具有乙烯基層的聚碳酸酯層或者丙烯酸層交替形成的多層結構。

這些層通過外圍設備進行組裝。

用于諸如空客A300、A320和A340飛行器之類的客機的風擋嵌板的已知示例具有由安全玻璃、用來隔離玻璃層的乙烯基夾層膜和將乙烯基夾層結合到玻璃層的聚氨酯夾層的3層結構以及除霜和防霧裝置的特點。

大多數已知的風擋玻璃組件因而基于在多層安全玻璃與丙烯酸層之間包括固體夾層的多層結構。

這些多層結構的缺點是其不具有可由空氣間隙或真空實現的熱傳導斷裂區。總的來說，這些結構包括熱傳導壁。

對于乘客窗，已知的是通過組裝兩塊玻璃板或者兩塊丙烯酸材料板形成抵抗客艙壓力的玻璃，所述兩塊玻璃板或者兩塊丙烯酸材料板保持被周邊密封件隔離以形成空氣間隙，以及已知的是在內部添加丙烯酸或其他透明塑料的第三塊板以形成隔熱層并防止乘客觸摸窗。

在這種布置中，內玻璃板中的小孔將空氣間隙與飛行器的內部連接使得只有外玻璃板或外丙烯酸板承受壓力差，內玻璃板在外板斷裂的事件中提供故障安全保護。

由于兩塊玻璃板或兩塊同等材料板之間存在空氣間隙，因此這些結構與多層結構相比提供了更好的隔熱性。

太空飛行器遇到與航空飛機所遇到的不同的環境條件；特別地，設計為返回地球的太空飛行器暴露在甚至超音速飛行器不曾遇到的極端高溫中。

此外，在太空中，射線更加強烈并且遍及電磁光譜的整個范圍。而且，外部溫度可以非常冷或非常熱。更加精確地，這些壁可以取決于飛行器的壁是否暴露于陽光中而非常熱(+150℃)或非常冷(-150℃)。

為此，這種玻璃的設計必須包括高度難熔的外壁，并且該玻璃組件必須是好的絕熱體。

此外，飛行器在太空飛行期間可能遇到微小隕石。

用于阿波羅計劃的太空艙的窗由通過二氧化硅制成的厚的外板和通過氧化鋁/硅酸鹽制成的兩個內板組成。

外板意在承受在返回地球期間的沖擊和熱量，并且內板意在耐壓，外板與內板之間的空間在軌道飛行階段被置于真空中而內板之間的空間填充有加壓的干燥氮氣。

NASA航天飛機也包括三層板。前端的玻璃安裝了固定在飛機的機身結構上大約16毫米厚的外隔熱板、在外板破裂的事件中起保護作用的大約33毫米厚的故障安全中間板、以及16毫米厚度等級的耐壓內板。中間板和內板通過密封件組裝在一起，其不是組裝在飛機機身上，而是組裝在用于飛行人員的密封的隔室上。

中間板和外板由熔融的二氧化硅玻璃制成。

空天飛行器材料的選擇是至關重要的，正如用于飛行器的整個結構的材料的選擇。必須尋找具有盡可能最低的重量的技術效能。

于是重要的是基于想要構建的運載工具的特定需要選擇材料。

因此，用于意在從地球軌道或者遠于地球軌道處返回地球的太空飛行器的玻璃的外板必須由熔融的二氧化硅制成，二氧化硅高度難融但具有2.6的密度，一般玻璃的密度是2.5，而具有更大抗沖擊性的聚碳酸酯的密度為1.1。