[实用新型]一种平行/交叉错列式波纹夹芯一体化热防护面板

说明书

技术领域

本实用新型属于高超声速飞行器表面热防护技术领域，特别是涉及一种平行/交叉错列式波纹夹芯一体化热防护面板。

背景技术

高超声速飞行器的表面通常需要进行热防护处理，用于在极端热环境下保护机身结构及其他内部子系统的安全，防止它们因过热而发生破坏。

传统的热防护方式主要是以陶瓷防热瓦及隔热毡等隔热材料贴敷于飞行器表面，这种热防护方式只能起到防隔热的作用，而且陶瓷防热瓦及隔热毡等隔热材料的力学性能弱，同时也伴随有粘接连接维护性差的缺点，当其作为高超声速飞行器的表面热防护材料时，通常还需要为其单独设计承载结构，以满足气动载荷可以顺利传递到飞行器机身，这导致了热防护材料的总体质量较大，且结构效率不高。

针对传统的热防护方式存在的缺点，技术人员又转而采用高温合金板包覆轻质隔热材料的方式对高超声速飞行器表面进行热防护，这种热防护方式既能产生良好的防热效果，又可较好的传递气动载荷。但是，这种改进后的热防护方式却高度依赖于高温合金板，而高温合金板需要通过复杂的结构与飞行器机身相连，而且高温合金板本身并不承受结构载荷。另外，欧洲航天局首先使用了更轻质的陶瓷基复合材料用于替代高温合金板，并在其内部加入了筋板，使单板面积更大，结构效率也得到提高。尽管如此，改进后的热防护方式仍只满足防隔热和承担气动载荷的要求，而对于承担机身结构载荷的能力严重不足，因此结构效率仍十分有限。随着高超声速飞行器对结构效率和结构完整性要求的不断提高，改进后的热防护方式也已经难以满足要求了。

为此，技术人员又进一步发展出了集防隔热与承担机身结构载荷功能于一体的热防护面板，即波纹夹芯一体化热防护面板。这种热防护面板由面板和腹板构成结构框架，并在面板与腹板之间的空隙处填充有隔热材料，用于隔绝外部热量。具体的，是利用腹板连接上层面板和下层面板，并在空隙处填充隔热材料，其中上层面板处于高温环境中，下层面板处于常温环境中，而上层面板承受高温的同时，还要承受气动载荷并通过腹板向下层面板传递，下层面板与机身结构连接，用于在面板与机身之间分担结构载荷。另外，对于连接上层面板和下层面板的腹板来说，其需要支撑上层面板，以对上层面板的变形产生约束，同时腹板的变形还受上层面板和下层面板的控制，需要在冷热结构之间协调结构变形，传递并分配相应的结构载荷。因此，该热防护面板在集防隔热与承担机身结构载荷功能于一体的同时，还具有单板面积大、连接与密封更简化以及连接更坚固的优点。

尽管上述的热防护面板在高温环境下可以拥有良好的力学性能，但是由于热防护面板的腹板和面板所采用的合金材料通常具有较高的导热性，而上层面板的热量会沿着腹板向下层面板传递，且热量的传递速度要明显快于热量在隔热材料中的传递速度，这将产生非常明显的热短路效应，并导致下层面板温度上升过快。另外，由于上层面板与下层面板所处的环境存在较大温差，会导致上层面板与下层面板的热膨胀变形差异较大，且协调两者变形的腹板也会存在较高的温度梯度，这将产生明显的变形不匹配效应，当腹板、上层面板和下层面板所采用的材料不同时，材料间的热膨胀性能差异将更加明显，进而导致变形不匹配效应也更加明显。

因此，由于热短路效应和变形不匹配效应的存在，已经严重限制了传统的波纹夹芯一体化热防护面板在结构效率上的进一步提升。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种平行/交叉错列式波纹夹芯一体化热防护面板，能够有效改善热短路效应以及减缓变形不匹配效应，使结构效率得到进一步提升。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种平行/交叉错列式波纹夹芯一体化热防护面板，包括顶层面板、中间面板、底层面板、上层腹板及下层腹板；所述顶层面板通过上层腹板与中间面板相连，中间面板通过下层腹板与底层面板相连，在顶层面板、上层腹板、中间面板、下层腹板及底层面板之间的缝隙处填充有隔热材料；所述顶层面板、中间面板及底层面板相互平行；所述上层腹板与下层腹板采用平行错列式分布结构或交叉错列式分布结构。

所述上层腹板与顶层面板、中间面板及底层面板相垂直或具有倾角；所述下层腹板与顶层面板、中间面板及底层面板相垂直或具有倾角。

当所述上层腹板与顶层面板、中间面板及底层面板具有倾角时，倾角范围为80°～90°，且相邻上层腹板之间的倾角方向相反；当所述下层腹板与顶层面板、中间面板及底层面板具有倾角时，倾角范围为80°～90°，且相邻下层腹板之间的倾角方向相反。