[发明专利]一种对流冷却主动热防护结构

说明书

本发明公开了一种对流冷却主动热防护结构，属于航天器热防护技术领域，解决了现有技术中热防护结构过度依赖材料的热防护性能，结构复杂，成本高和防热效率低下的问题。该对流冷却主动热防护结构包括表层、中间层、内层，所述中间层靠近表层的部分设有冷却流道。本发明提供的对流冷却主动热防护结构用于航天器重回大气层时的热防护。

技术领域

本发明属于航天器热防护领域，特别涉及一种对流冷却主动热防护结构。

背景技术

航天器重复使用是降低天地往返运输系统的运输费用和提高操作效率的有效途径，是未来航天领域技术发展的必然趋势。显然，这些高超音速飞行器在重返大气层时均要经受严重的气动加热，因此均需考虑可重复使用航天器的防热问题。

现阶段的航天器热防护结构多是基于材料本身属性的被动式热防护结构，但陶瓷基等复合材料的价钱昂贵，对于可重复使用航空器存在使用次数限制的硬性要求，且结构复杂，制造困难，防热效率低下，不能多次重复大热载使用。

被动式热防护的传热放热效率在材料性能方面趋于极限，已很难满足将来更高马赫数高超飞行器的多次重复大热载使用环境。

发明内容

鉴于以上分析，本发明旨在提供一种对流冷却主动热防护结构，用以解决现有热防护结构过度依赖材料的热防护性能，结构复杂，成本高和防热效率低下的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种对流冷却主动热防护结构，包括表层、中间层和内层，中间层靠近表层的部分设有冷却流道。

进一步的，冷却流道为S形流道。

进一步的，S形流道为多个且为单S形流道并联设置。

进一步的，S形流道的内拐弯直径不低于方形截面的边长。

进一步的，S形流道的并联间隔不低于方形截面的边长。

进一步的，表层、内层材料均为蜂窝夹层结构。

进一步的，表层材料为镍铬钴钼合金，所述内层材料为钛合金。

进一步的，表层厚度为15.8～22.9mm。

进一步的，中间层厚度为3～4mm。

进一步的，冷却流道的高度为所述中间层厚度的2/3。

进一步的，S形流道的拐弯直径为方形截面边长的1-2倍。

进一步的，S形流道的并联间隔为方形截面边长的1-2倍。

进一步的，冷却剂流速为2～6m/s。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

(1)本发明对流冷却主动热防护结构是一种可多次重复使用热防护结构形式，最大化减少对材料的依赖，由工质或冷却剂带走全部或绝大部分热量，节约成本，提高防热效率。

(2)表层和内层的蜂窝夹层结构使本发明热防护结构具有良好的力学性能、隔热性能和热冲击性能好，且蜂窝夹层结构使热防护结构质量减轻。

(3)本发明使用燃料作为冷却剂，对流冷却降低表层温度的同时对燃料完成了预热，节约能源，且不用再额外配备冷却剂，减轻航天器重量。

(4)对热防护结构进行进一步优化，通过调整表层与中间层的厚度，使热防护结构在满足使用要求的同时减轻重量。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明