[发明专利]基于纳米气凝胶的机热集成隔热装置

说明书

技术领域

本发明涉及隔热装置，具体地，涉及一种用于临近空间探测器热控制的基于纳米气凝胶的机热集成隔热装置。

背景技术

火星表面存在CO₂大气、2～20m/s的风速，温度变化范围-130℃～+30℃；临近空间为距离海平面20～100km高空，由于临近空间独特的气温、气压等环境因素(以距地面20km处为例，气压约为5.5kPa，温度约为-57℃)，与大气层外的航天器相比，火星着陆探测器和临近空间探测器与外部环境存在多种换热方式，为满足仪器设备的温度要求，考虑探测器有限的重量和能源，其轻质高效的隔热装置十分重要。而在有气体对流的热环境下，传统航天器多层隔热组件的隔热效果明显下降，多层已不能满足于这两类探测器。

纳米气凝胶是一种以纳米量级胶体粒子相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在孔隙中充满气态分散介质的高分散固态材料。SiO₂气凝胶密度低(0.003～0.5g/cm³)，孔隙率高(80％～99.8％)，常温常压下的热导率低于0.02W/m·K，甚至低达0.012W/m·K，并能适应-200～800℃的高低温真空环境，是固体材料中热导率最低的一种材料。但气凝胶强度低、脆性大的特点，在工程上难以作为块体隔热材料单独使用。而在气凝胶制备过程中引入增强体进行增强、增韧，可在一定程度上提高气凝胶的力学性能，但如果要保证足够的力学性能，就需引入较多增强体，增强体本身较高的热导率增加了材料的固相热传导，导致隔热效果降低。

本发明所述的隔热装置以纳米气凝胶隔热材料与结构支撑材料机热一体化集成，满足在火星表面和临近空间环境下的隔热要求，同时减少对重量和能源等资源的占用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于纳米气凝胶的机热集成隔热装置。

根据本发明提供的基于纳米气凝胶的机热集成隔热装置，包括多块基于纳米气凝胶的机热集成隔热板；

其中，所述基于纳米气凝胶的机热集成隔热板包括隔热板上蒙皮、隔热板下蒙皮、结构支撑件和纳米气凝胶隔热板；

所述隔热板上蒙皮与所述纳米气凝胶隔热板以及所述隔热板下蒙皮与所述纳米气凝胶隔热板之间设置所述纳米气凝胶隔热板。

优选地，所述结构支撑件包括第一结构支撑杆件、第二结构支撑杆件、第三结构支撑杆件和第四结构支撑杆件；

其中，多个所述第三结构支撑杆件和多个所述第四结构支撑杆件依次首尾相连构成结构支撑框；

所述第一结构支撑杆件和所述第二结构支撑杆件交叉连接构成结构支撑面；

所述支撑面设置在所述支撑框且连接所述结构支撑框的内侧端。

优选地，所述第一结构支撑杆件的两端和中间段设有下凹槽；

所述第二结构支撑杆件的两端设置有下凹槽；所述第二结构支撑杆件的中间段设置有上凹槽；

所述第三结构支撑杆件的两端设置有下凹槽；所述第三结构支撑杆件的中间段设置有上凹槽；

所述第四结构支撑杆件的两端设置有上凹槽；所述第四结构支撑杆件的中间段设置有上凹槽；

所述第一结构支撑杆件中间段的下凹槽连接所述第二结构支撑杆件中间段的上凹槽；所述第一结构支撑杆件两端的下凹槽连接所述第四结构支撑杆件中间段的上凹槽；所述第二结构支撑杆件两端的下凹槽连接所述第三结构支撑杆件中间段的上凹槽；所述第四结构支撑杆件两端的上凹槽连接所述第三结构支撑杆件两端的下凹槽。

优选地，所述第三结构支撑杆件和所述第四结构支撑杆件设置有安装孔和螺钉；

所述螺钉用于连接待隔热设备；所述安装孔用于连接纳米气凝胶隔热板。

优选地，所述纳米气凝胶隔热板采用纤维和具有纳米多孔结构的SiO₂气凝胶复合材料制成；

所述隔热板上蒙皮、所述隔热板下蒙皮和所述结构支撑件采用碳纤维材料制成。

优选地，所述纳米气凝胶隔热板包括多块纳米气凝胶块；所述纳米气凝胶块采用纤维和具有纳米多孔结构的SiO₂气凝胶复合材料制成；所述纳米气凝胶块上设置有放气孔。

优选地，所述放气孔的直径为0.5mm；所述蒙皮的厚度为0.3mm。

优选地，所述螺钉采用钛合金制成。