[發(fā)明專利]一種含流道的金字塔微桁架夾芯板式承載與熱防護(hù)一體化結(jié)構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610012099.6
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105667837A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉書田;陳文炯;吳斌;張永存;吳書豪;王向明
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B64G1/22
• 分類號: B64G1/22;B64G1/52
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種承載隔熱一體化結(jié)構(gòu)，具體涉及一種含流道的金字塔微桁 架夾芯板式承載與熱防護(hù)一體化結(jié)構(gòu)，用于承載與熱防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著航空航天技術(shù)的快速發(fā)展，飛行器獨特的力學(xué)環(huán)境和性能要求對材料 與結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了新的要求：結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)化和多功能集成。傳統(tǒng)的設(shè)計方案通 常是將結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與功能系統(tǒng)分開考慮，即一部分材料用來滿足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛 度等力學(xué)性能的要求，另一部分材料則用來滿足隔熱、隔振或電子屏蔽等要求。 這將產(chǎn)生大量的與電子設(shè)備有關(guān)的機(jī)箱、電纜、封裝等結(jié)構(gòu)支撐或者與連接器 相關(guān)的寄生質(zhì)量，大大提高了飛機(jī)設(shè)計的整體重量系數(shù)。如果要減小這部分重 量及體積，則需要依靠對承力部件進(jìn)行多功能集成一體化設(shè)計。

輕質(zhì)夾芯板式結(jié)構(gòu)具有較好的比剛度、比強(qiáng)度，在航空航天擁有廣闊的應(yīng) 用前景。目前，常見的輕質(zhì)夾芯結(jié)構(gòu)(如蜂窩板，格柵板等)由于制備工藝的 限制，往往尺度較大，結(jié)構(gòu)重量系數(shù)大，結(jié)構(gòu)功能單一，隔熱性能難以達(dá)到高 速飛行器的設(shè)計要求。

針對現(xiàn)代航空航天領(lǐng)域?qū)τ趭A芯結(jié)構(gòu)所提出的更高的設(shè)計要求，不僅要求 輕質(zhì)高強(qiáng)，并且要求多功能集成化，因此同時提高夾芯板結(jié)構(gòu)的熱防護(hù)能力和 承載能力已成為未來飛行器發(fā)展一個亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決上述問題，實現(xiàn)夾芯板結(jié)構(gòu)更好地多功能化、提升熱防護(hù)性 能和降低結(jié)構(gòu)重量系數(shù)，而提供一種含流道的金字塔微桁架夾芯板式承載與熱 防護(hù)一體化結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種含流道的金字塔微桁架夾芯板式承載與熱防護(hù)一體化結(jié)構(gòu)，包括至少 一個結(jié)構(gòu)單元，所述結(jié)構(gòu)單元以m×n矩陣形式排列，其中，m和n均為大于等 于1的正整數(shù)；

所述結(jié)構(gòu)單元包括上面板，下面板和位于所述上面板與所述下面板之間的 芯子，所述芯子包括多個微桁架單胞，所述微桁架單胞以2×2×p三維點陣形 式排列，其中，p為大于等于1的正整數(shù)；

所述微桁架單胞由兩個金字塔型點陣單胞頂部相接而成，所述金字塔型點 陣單胞是由四根橫截面呈圓形的桿件構(gòu)成的金字塔型結(jié)構(gòu)，相鄰所述微桁架單 胞之間通過所述桿件連接，

所述上面板的左右兩端分別設(shè)有向所述芯子方向延伸的流道壁板，所述流 道壁板遠(yuǎn)離所述上面板的一端相互固定連接。

所述上面板與所述下面板均與水平面平行，且在水平面上的正投影均為正 方形，所述芯子的整體呈正四棱柱形，所述正四棱柱的四個頂點在水平面上的 正投影落在所述正方形相應(yīng)的頂點上。

所述上面板和兩個所述流道壁板圍合而成的流道的橫截面呈倒等腰梯形 狀，所述流道壁板為所述倒等腰梯形的腰，

工作狀態(tài)下，所述流道內(nèi)通入冷卻液。

相鄰所述流道壁板之間的夾角為60°-120°。

所述桿件與水平面的夾角為35°-65°。

所述上面板的厚度為0.5-1mm，所述下面板的厚度為0.5-1mm，所述芯子的 厚度為6-14mm，所述流道壁板的厚度為0.5-1mm，所述桿件的直徑為0.5-1。

所述一體化結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為鈦、鐵、鋁、鎂、銅、鈦合金、鐵合金、鋁合金、 鎂合金或銅合金中的一種。

所述一體化結(jié)構(gòu)通過增材制造技術(shù)制備，其制備過程為確定所述一體化結(jié) 構(gòu)的各部分尺寸，根據(jù)各部分尺寸通過制圖軟件建立結(jié)構(gòu)幾何模型，并將模型 數(shù)據(jù)保存為STL格式的文件，將STL文件輸入到3D打印機(jī)中，并選擇所述一 體化結(jié)構(gòu)的材質(zhì)，所述3D打印機(jī)讀入模型數(shù)據(jù)后進(jìn)行所述一體化結(jié)構(gòu)的制備。

增材制造(AdditiveManufacturing，AM)技術(shù)是采用材料逐漸累加的方法 制造實體零件的技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的材料去除－切削加工技術(shù)，是一種“自下 而上”的制造方法。近二十年來，AM技術(shù)取得了快速的發(fā)展，“快速原型制造 (RapidPrototyping)”、“三維打印(3DPrinting)”、“實體自由制造(SolidFree-form Fabrication)”之類各異的叫法分別從不同側(cè)面表達(dá)了這一技術(shù)的特點。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明的芯子包括多個微桁架單胞結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計能同時提高本發(fā)明的 承載能力、抗缺陷能力和抗沖擊防護(hù)能力；