[發明專利]用于降低高速運載工具的前緣中的熱應力的系統

在審

• 申請號: 202011269066.2
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112810798A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: W·D·格斯特勒;N·W·拉齊;B·M·拉什;P·R·蘇布拉曼尼亞
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B64C1/38
• 分類號: B64C1/38;B64C1/06;B64D29/00;B64C3/28;B64D33/02;F02C7/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 石宏宇;金飛

本發明涉及用于降低高速運載工具的前緣中的熱應力的系統。一種高超音速飛行器包括一個或多個前緣組件，這些前緣組件被設計成管理在高速或高超音速操作期間在前緣處經歷的熱負荷。前緣組件包括彼此交替堆疊的多個結構層和多個順應層，以便于多個結構層之間的熱膨脹和移動，同時還在多個結構層之間提供熱中斷。

技術領域

本主題大體上涉及用于在諸如高超音速飛行器的高速運載工具中使用的前緣技術。

背景技術

高速運載工具經常經歷由在高速操作期間經歷的高熱負荷引起的熱管理問題(特別是在自由空氣流沖擊運載工具的前緣處)。例如，在涉及高超音速飛行器的應用中，前緣可包括機頭、發動機整流罩以及機翼和穩定器的前緣。特別是當這些運載工具在高超音速范圍內(例如，5馬赫或更大)操作時，前緣可受到非常高的熱負荷(例如，500–1500 W/cm²)，因為入射空氣流穿過弓形激波并停留在運載工具表面處，從而將氣體的動能轉換成內能，并大大提高其溫度。完全暴露于這樣的熱負荷可造成構件劣化和/或失效。

材料和制造技術的改進已使得高超音速飛行器能夠在更高的速度和溫度下操作。例如，已開發材料來提高構件可承受的溫度，同時保持其結構完整性。在這方面，例如，鎳基超級合金可用于800℃，單晶材料可用于1200℃，并且對于甚至更高的溫度來說，可能需要難熔金屬。另外，已開發多種冷卻技術來向高超音速運載工具的前緣提供冷卻。然而，運載工具速度和高速飛行時間的持續時間的對應進步已產生進一步改進高速運載工具的前緣的冷卻能力和高溫耐久性的需求。

另外，因為熱負荷在高超音速運載工具的滯止點或前緣處最大，所以在限定前緣的結構內可產生大的溫度梯度。例如，前緣的最外層可經歷最高的熱和最大的熱膨脹，而最內層可經歷相對低的熱和較小的熱膨脹。結果，在前緣內可產生熱應力，這種熱應力可造成構件失效或劣化。

因此，改進高超音速飛行器和推進技術將是有用的。更具體地，改進用于降低高超音速運載工具的前緣內的熱應力的熱管理技術將是特別有益的。

發明內容

本發明的方面和優點將在以下描述中得到部分闡述，或可根據描述而為顯然的，或可通過實踐本發明而了解。

在本公開的一個示例性實施例中，一種用于高超音速運載工具的前緣組件，前緣組件包括：外壁，其向前端漸縮；末梢部分，其接合到外壁的前端，并朝向前緣向前延伸，末梢部分包括：內層，其定位在末梢部分的后端處；外層，其在末梢部分的前端處限定前緣；以及一個或多個順應層，其定位在內層和外層之間，以用于便于內層和外層之間的移動。

根據另一個示例性實施例，一種用于高超音速運載工具的前緣組件，前緣組件包括：外壁，其向前端漸縮；末梢部分，其接合到外壁的前端，末梢部分包括彼此交替堆疊的多個結構層和多個順應層，其中多個順應層便于多個結構層之間的移動。

技術方案1. 一種用于高超音速運載工具的前緣組件，所述前緣組件包括：

外壁，其在所述外壁的前端處漸縮；

末梢部分，其接合到所述外壁的所述前端，并朝向前緣向前延伸，所述末梢部分包括：

內層，其定位在所述末梢部分的后端處；

外層，其在所述末梢部分的前端處限定所述前緣；以及

一個或多個順應層，其定位在所述內層和所述外層之間，以用于便于所述內層和所述外層之間的移動。

技術方案2. 根據任意前述技術方案所述的前緣組件，其特征在于，所述末梢部分進一步包括：

定位在所述內層和所述外層之間的中間層，并且其中，所述一個或多個順應層包括定位在所述內層和所述中間層之間的第一順應層和定位在所述中間層和所述外層之間的第二順應層。

技術方案3. 根據任意前述技術方案所述的前緣組件，其特征在于，所述外壁包括由腔室分隔的第一壁區段和第二壁區段，并且其中，所述內層、所述中間層和所述外層各自為彎曲的，并且在所述第一壁區段和所述第二壁區段之間延伸。