一種軸對稱高超聲速飛行器周向復(fù)合蒙皮結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種軸對稱高超聲速飛行器周向復(fù)合蒙皮結(jié)構(gòu)，采用多片復(fù)合蒙皮沿飛行器圓周向螺接，兩塊復(fù)合蒙皮之間其對接面有間隙；在復(fù)合蒙皮下方設(shè)置散熱槽，散熱槽內(nèi)放置熱密封膠填充物。本實用新型避免高超聲速飛行器飛行過程中由燒蝕作用使防護材料造成脫落，而且易于熱防護材料及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的裝配。
【專利說明】 一種軸對稱高超聲速飛行器周向復(fù)合蒙皮結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及高超聲速飛行器技術(shù)熱防護領(lǐng)域，特別是涉及一種軸對稱高超聲速飛行器周向復(fù)合蒙皮結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]高超聲速飛行器一般是指飛行速度超過5倍音速有翼或無翼飛行器。高超聲速飛行器研發(fā)過程中遇到重大難題就是氣動加熱問題，即所謂熱障。它主要是飛行器飛行時由于激波和粘性的作用，使其周圍空氣溫度急劇升高，形成劇烈的氣動加熱環(huán)境，使一般飛行器結(jié)構(gòu)無法承受。
[0003]在超聲速飛行器外部氣動熱防護中，硅基復(fù)合材料或碳基復(fù)合材料是常用的熱防護材料，準(zhǔn)確預(yù)示這類絕熱材料燒蝕過程中的溫度分布，對于發(fā)動機及飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計意義重大。其制作工藝有多種，可以將S102玻璃纖維浸潰酚醛樹脂纏繞固化，或用玻璃纖維織成的布浸潰酚醛樹脂疊層固化，或用亂玻璃纖維調(diào)入酚醛樹脂后模壓成形。其燒蝕過程分為四個階段，如果材料為含有玻璃纖維等的硅基復(fù)合材料，其燒蝕過程中除了有碳化層、熱解層和基體層外，表面還存在一定的熔融物。這類材料有一個共同點，即在熱解碳化過程中，材料內(nèi)部釋放出熱解氣體，結(jié)構(gòu)逐漸呈現(xiàn)出多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)。
[0004]其燒蝕物理過程具體如下:
[0005](I)發(fā)動機點火開始后，壁面溫度不高，尚未達(dá)到材料的熱解溫度，材料機械強度較大，燃?xì)馀c粒子流對絕熱材料表面的燒蝕作用較弱，除了微弱的化學(xué)燒蝕外，在絕熱層碳化之前，沒有機械侵蝕發(fā)生。在絕熱層內(nèi)只有熱傳導(dǎo)發(fā)生，且絕熱層內(nèi)只存在基體層。
[0006](2)隨著燒蝕表面溫度的不斷升高，材料中的高聚物逐漸開始分解，釋放出熱解氣體，材料密度隨之降低。由于材料熱解過程中仍具有一定的結(jié)構(gòu)強度，絕熱層表面的退移量很小。絕熱層內(nèi)存在熱解層和基體層，熱解氣體的產(chǎn)生使得傳導(dǎo)和對流同時存在；
[0007](3)隨著熱解進行完畢，表面溫度持續(xù)升高，材料內(nèi)逐漸出現(xiàn)碳化物質(zhì)。本階段，由內(nèi)向外分別存在基體層、熱解層和碳化層。碳化層物質(zhì)結(jié)構(gòu)強度明顯降低，在碳化層內(nèi)，孔隙率較大，外界氧化性氣體擴散到碳化層內(nèi)與碳反應(yīng)，消耗碳化層質(zhì)量，使得孔隙率逐漸變大，碳化層密度逐漸降低，當(dāng)密度低于臨界值時，由于此部分碳化物質(zhì)強度太低，將被燃?xì)鉀_刷燒蝕掉，表面開始產(chǎn)生退移。熱解層向內(nèi)部退移，燒蝕表面也在不斷向內(nèi)推進。由于顆粒撞擊，機械侵蝕也發(fā)生作用，加速了表面退移率，但是顆粒在表面的沉積對碳化層也起到了一定的隔熱保護作用。絕熱層內(nèi)傳導(dǎo)和對流同時存在。
[0008]復(fù)合材料通常為整體結(jié)構(gòu)，不方便內(nèi)部結(jié)構(gòu)的裝配，另外由于整體結(jié)構(gòu)其加工精度不高，在高速飛行過程中在燒蝕的作用下容易造成脫落，起不到防護作用。將影響高超聲速飛行器的穩(wěn)定性、落點精度和機動性，以及飛行器的升阻力、穩(wěn)定性和操縱性。
實用新型內(nèi)容
[0009]本實用新型針對現(xiàn)有防護材料結(jié)構(gòu)所存在的技術(shù)問題，提供了一種軸對稱高超聲速飛行器周向復(fù)合蒙皮結(jié)構(gòu)，避免高超聲速飛行器飛行過程中由燒蝕作用使防護材料造成脫落，而且易于熱防護材料及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的裝配。
[0010]為實現(xiàn)上述問題，本實用新型采用如下的技術(shù)方案:
[0011]一種軸對稱高超聲速飛行器周向復(fù)合蒙皮結(jié)構(gòu)，采用多片復(fù)合蒙皮11沿飛行器圓周向螺接，兩塊復(fù)合蒙皮11之間其對接面有間隙；在復(fù)合蒙皮11下方設(shè)置散熱槽6，散熱槽內(nèi)放置熱密封膠填充物。
[0012]本實用新型燒蝕熱防護還具有:有效、可靠、自適應(yīng)、重量輕、工藝簡單、便于搬運和儲存等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1:本實用新型裝配后縱向剖面視圖；
[0014]圖2:復(fù)合蒙皮結(jié)構(gòu)鉚接示意圖；
[0015]圖3:復(fù)合蒙皮裝配示意圖；
[0016]圖4:復(fù)合蒙皮結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細(xì)的描述。
[0018]本實用新型采用的技術(shù)方案如圖1、3、4所示，采用多片復(fù)合蒙皮11沿飛行器圓周向?qū)樱瑑蓧K復(fù)合蒙皮11之間其對接面有間隙。裝配后如圖3所示，高溫氣體通過熱傳遞通過復(fù)合蒙皮11對接面縫隙沿飛行器徑向游走，在復(fù)合蒙皮11下方設(shè)置散熱槽6，散熱槽內(nèi)放置熱密封膠填充物，填充物為室溫固化有機硅D03RTV (滬Q/GHAG47-98)，可有效做好有效的熱密封、熱防護。
[0019]一種復(fù)合蒙皮11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，復(fù)合蒙皮11由玻璃鋼I和鈦合金3復(fù)合組成，玻璃鋼I和鈦合金3利用雙面倒錐結(jié)構(gòu)的鈦合金連接塊2復(fù)合連接，這種單面埋方式可以有效防止脫出。玻璃鋼采用高硅氧-酚醛模壓成型工藝，原材料為:酚醛樹脂(GJB1331-91)，高硅氧玻璃纖維(GJB1679-93)。玻璃鋼I厚度滿足熱防護設(shè)計要求。鈦合金3厚度由高超聲速飛行器結(jié)構(gòu)需求的剛度來確定。
[0020]在通常情況下，外螺孔5與螺釘頭4設(shè)計通常采用緊密配合。但經(jīng)過多次試驗證明，高超聲速飛行器在高速飛行的過程中受到高溫氣流的影響，其外表面受熱后復(fù)合蒙皮11會產(chǎn)生熱障效應(yīng)，裸露在彈徑周向復(fù)合蒙皮11螺接的螺釘頭4受到燒蝕過程中產(chǎn)生熱膨脹，熱膨脹后的螺釘頭4與外螺孔5產(chǎn)生擠壓，導(dǎo)致了螺釘?shù)膿p壞。本實用新型所通過沿彈徑周向布置螺接方式，可有效防止應(yīng)力相對集中，加強外部結(jié)構(gòu)可靠度。按飛行過程中熱環(huán)境要求設(shè)置外螺孔05大小，其外螺孔05的尺寸按螺釘頭04膨脹長度計算公式?jīng)Q定:計算公式:膨脹長度=螺釘頭金屬長度*溫度差*熱膨脹系數(shù)。通過增大外螺孔05，使其略大于膨脹長度，可有效的防止螺釘頭4在受熱膨脹后與復(fù)合蒙皮外螺孔5擠壓而損壞造成的影響。外螺孔5槽內(nèi)填充物為室溫固化有機硅D03RTV(滬Q/GHAG47-98)，可有效防止螺釘頭04產(chǎn)生熱膨脹，進行熱密封。
[0021]利用本實用新型，可避免由燒蝕作用產(chǎn)生的氣動外形所帶來的問題。各種舉例說明不對實用新型的實質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在閱讀了說明書后可以對以前所述的【具體實施方式】作修改或變形，不背離實用新型的實質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種軸對稱高超聲速飛行器周向復(fù)合蒙皮結(jié)構(gòu)，采用多片復(fù)合蒙皮(11)沿飛行器圓周向螺接，兩塊復(fù)合蒙皮(11)之間其對接面有間隙；在復(fù)合蒙皮(11)下方設(shè)置散熱槽(6)，散熱槽內(nèi)放置熱密封膠填充物。
【文檔編號】B64C1/12GK203497166SQ201320615787
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】羅世彬, 周進, 柳軍, 楊陽, 劉冰, 李大鵬, 夏智勛, 王中偉, 金亮, 李潔, 顏力, 黃偉, 羅文彩, 付博文, 隆清賢, 梁文鵬 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)