[發(fā)明專利]一種可長期貯存的恒溫?zé)崞帘谓Y(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010976169.6
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112193402B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 章凌;張希;楊帆;蔣亮亮;王斌;吳浩;朱振濤;高藝航;楊柳;林川;佟文敏;孟德浩;曹昱;樂晨;芮興;黃蔚;王桂嬌;金含玉;徐衛(wèi)秀;李林生;袁彪
• 申請（專利權(quán)）人: 北京宇航系統(tǒng)工程研究所
• 主分類號: B64C1/40
• 分類號: B64C1/40
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 茹阿昌

一種可長期貯存的恒溫?zé)崞帘谓Y(jié)構(gòu)，包括：承力結(jié)構(gòu)、高溫隔熱層和支撐環(huán)。高溫隔熱層和承力結(jié)構(gòu)作為氣體流道固定安裝有多個(gè)支撐環(huán)；承力結(jié)構(gòu)上設(shè)置有排氣通道，承力結(jié)構(gòu)中貯存凝膠狀態(tài)的水汽化吸熱，排氣通道用于使包括水蒸氣、水滴和氣凝膠殘?jiān)臍鈶B(tài)液態(tài)固態(tài)三相流物質(zhì)從所述排氣通道中排出。多個(gè)支撐環(huán)沿圓筒結(jié)構(gòu)的軸向方向上陣列，作用是將小孔中排出的氣態(tài)液態(tài)固態(tài)三相流物質(zhì)減速，減少水滴和氣凝膠殘?jiān)S水蒸氣的飛出，將水滴和氣凝膠殘?jiān)A存、提高水的相變比率，同時(shí)減緩防熱層界面受到的氣流沖擊。本發(fā)明解決了目前防熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)效率較低、系統(tǒng)復(fù)雜、可靠性低的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可長期貯存的恒溫?zé)崞帘谓Y(jié)構(gòu)，可用于承受力熱載荷的飛行器結(jié)構(gòu)，屬于熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

飛行器在大氣層內(nèi)高速飛行時(shí)，承受著氣動(dòng)力和氣動(dòng)熱載荷，為了保證飛行器完整性、并為人員和設(shè)備提供合適的環(huán)境，飛行器需要設(shè)計(jì)熱防護(hù)系統(tǒng)。

目前的熱防護(hù)系統(tǒng)可以分為被動(dòng)、半主動(dòng)和主動(dòng)防熱：被動(dòng)防熱靠吸收和輻射氣動(dòng)熱進(jìn)行防熱，主要采用熱沉結(jié)構(gòu)和隔熱式結(jié)構(gòu)，是最成熟的防熱技術(shù)，但是結(jié)構(gòu)效率較低，當(dāng)熱流載荷較嚴(yán)酷時(shí)結(jié)構(gòu)重量較大；半主動(dòng)和主動(dòng)冷卻熱防護(hù)系統(tǒng)均利用冷卻工質(zhì)(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài))阻止或帶走熱流，主動(dòng)冷卻熱防護(hù)系統(tǒng)一般采用推進(jìn)劑作為冷卻工質(zhì)，需要增壓系統(tǒng)保證冷卻工質(zhì)的供應(yīng)和循環(huán)，系統(tǒng)較為復(fù)雜，如果結(jié)構(gòu)本身沒有增壓系統(tǒng)就需要額外配置、會降低結(jié)構(gòu)效率；而半主動(dòng)熱防護(hù)系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)中某種材料作為冷卻工質(zhì)(一般為低熔點(diǎn)金屬)，不需要額外的系統(tǒng)提供冷卻工質(zhì)或進(jìn)行冷卻工質(zhì)的循環(huán)，結(jié)構(gòu)較為簡單，防熱結(jié)構(gòu)效率較高，但是目前還很少應(yīng)用，面臨的主要問題是外壁面加熱不均會出現(xiàn)局部燒穿(稱為“熱點(diǎn)”)，且發(fā)汗孔容易被未完全相變工質(zhì)、熔融物和燒蝕物堵塞，導(dǎo)致相變工質(zhì)不能順暢排除，影響熱防護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

被動(dòng)熱防護(hù)系統(tǒng)和燒蝕熱防護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)在飛行器上大量應(yīng)用，但是結(jié)構(gòu)效率較低；主動(dòng)熱防護(hù)系統(tǒng)較為復(fù)雜，且專門配置輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)會降低結(jié)構(gòu)效率；結(jié)構(gòu)簡單且效率較高的半主動(dòng)發(fā)汗冷卻系統(tǒng)也應(yīng)用較少，面臨的主要問題是發(fā)汗孔容易被未完全相變工質(zhì)、熔融物和燒蝕物堵塞、工質(zhì)不能順暢排除的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種可長期貯存的恒溫?zé)崞帘谓Y(jié)構(gòu)，是一種防熱效率高、系統(tǒng)簡單可靠、艙內(nèi)熱環(huán)境“舒適”、可長期貯存的防熱承載一體化系統(tǒng)，解決了目前防熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)效率較低、系統(tǒng)復(fù)雜、可靠性低的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種可長期貯存的恒溫?zé)崞帘谓Y(jié)構(gòu)，包括：承力結(jié)構(gòu)、高溫隔熱層、支撐環(huán)和密封結(jié)構(gòu)；

高溫隔熱層套裝在承力結(jié)構(gòu)外部形成圓筒結(jié)構(gòu)；

高溫隔熱層和承力結(jié)構(gòu)作為氣體流道固定安裝有多個(gè)支撐環(huán)；

承力結(jié)構(gòu)為中空結(jié)構(gòu)，中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部貯存有凝膠狀態(tài)的水；承力結(jié)構(gòu)上設(shè)置有排氣通道，承力結(jié)構(gòu)中貯存凝膠狀態(tài)的水汽化吸熱，排氣通道用于使包括水蒸氣、水滴和氣凝膠殘?jiān)臍鈶B(tài)液態(tài)固態(tài)三相流物質(zhì)從所述排氣通道中排出；

高溫隔熱層用屏蔽外部熱流；

多個(gè)支撐環(huán)沿圓筒結(jié)構(gòu)的軸向方向上陣列；

支撐環(huán)包括：橫向氣流減速罩和縱向氣流減速罩；

橫向氣流減速罩為截面為凹字型的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，橫向氣流減速罩凹字型的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的開口方向朝向承力結(jié)構(gòu)的排氣通道；橫向氣流減速罩凹字型的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的一個(gè)自由端固定連接承力結(jié)構(gòu)，橫向氣流減速罩凹字型的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的另一個(gè)自由端不接觸承力結(jié)構(gòu)形成縫隙；

橫向氣流減速罩的作用是將小孔中排出的氣態(tài)液態(tài)固態(tài)三相流物質(zhì)減速，減少水滴和氣凝膠殘?jiān)S水蒸氣的飛出，將水滴和氣凝膠殘?jiān)A存、提高水的相變比率，同時(shí)減緩防熱層界面受到的氣流沖擊；