[发明专利]一种相变复合热防护层

说明书

本发明提供一种相变复合热防护层，包括上表面金属、上隔板、下隔板、下表面金属和支撑部件，所述上隔板与所述下隔板之间填充有相变材料，所述上表面金属与所述上隔板之间填充有隔热材料A，所述下隔板与所述下表面金属之间填充有隔热材料B，所述支撑部件穿过所述上隔板和所述下隔板，两端分别连接于所述上表面金属和所述下表面金属。本发明的相变复合热防护层采用特定结构将相变材料与隔热材料相结合，使上表面金属与空气摩擦产生的大量热量经过层层削弱，最终到达飞行器表面只有小部分热量，实现了良好的热防护效果，抗瞬时热冲击能力优异，能够提供稳定持续的热防护，不需要频繁更换或喷涂，有效解决高速飞行器的热障问题。

技术领域

本发明涉及热防护领域，尤其涉及一种相变复合热防护层。

背景技术

高超声速飞行器是指飞行速度超过5倍音速的飞机、导弹、炮弹之类的有翼或无翼飞行器，具有突防成功率高的特点，有着巨大的军事价值和潜在的经济价值。研究表明，飞行器以超高音速飞行时，其表面与空气剧烈摩擦产生高温，当飞行器的飞行速度达到3倍声速时，其前端温度可达330℃；当飞行速度为6倍声速时，可达1480℃，热障问题成为限制高超音速飞机发展的重要因素。

目前，航天器采用烧蚀材料解决热障问题，但是对于需要长时间持续飞行的高超音速飞机，烧蚀热防护仅仅能提供一次飞行需求，而且烧蚀后的产物使飞机周围的带电粒子增多，从而造成黑障，无法与地面基站进行通讯。

因此，需要开发一种热防护层，既具有良好的热防护效果，抗瞬时热冲击能力优异，又能稳定持续提供防护支持。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种相变复合热防护层，通过采用特定结构将相变材料与隔热材料相结合，获得稳定持久的良好热防护效果，替代只能单次使用的烧蚀层，解决高速飞行器的热障问题。

本发明提供了一种相变复合热防护层，包括上表面金属、上隔板、下隔板、下表面金属和支撑部件，所述上隔板与所述下隔板之间填充有相变材料，所述上表面金属与所述上隔板之间填充有隔热材料A，所述下隔板与所述下表面金属之间填充有隔热材料B，所述支撑部件穿过所述上隔板和所述下隔板，两端分别连接于所述上表面金属和所述下表面金属。

上述技术方案中，相变复合热防护层与飞行器机身连接，从而对飞行器进行热防护。因为上表面金属与空气摩擦生热，一部分热量通过上表面金属的辐射作用散失在空气中，一部分热量通过隔热材料A和上隔板进行传导，温度降低，相变材料吸收大部分热量使温度保持在相变温度附近，所以只有极少部分的热量通过下隔板，隔热材料B和下表面金属到达飞行器表面。隔热材料A和隔热材料B起到降温作用，相变材料起到吸收热量的作用，上隔板和下隔板具有较好的抗形变强度，抵抗相变材料密度变化引起的压力，支撑部件也能起到减小形变避免损坏的作用，最终使相变复合热防护层能长时间维持飞行器机身温度在合适的范围内。

所述相变材料可以为石蜡、无机盐或低熔点金属。

优选地，所述上隔板与所述下隔板之间的距离为3-8mm。

优选地，所述上表面金属与所述上隔板之间的距离为0.2-2mm。

优选地，所述下隔板与所述下表面金属之间的距离为0.2-2mm。

优选地，所述支撑部件与所述上隔板、所述下隔板、所述上表面金属和所述下表面金属分别通过机械连接或焊接。

优选地，所述支撑部件厚度为0.5-2mm，相邻两个所述支撑部件之间距离为0.5-5mm。

优选地，所述支撑部件厚度为1-10mm，相邻两个所述支撑部件之间距离为10-500mm。

优选地，所述上表面金属和所述下表面金属分别选用钛合金、铝合金中的一种或多种。

优选地，所述隔热材料A和所述隔热材料B为多孔材料。