[发明专利]一种皱褶式主动冷却热防护承力一体化结构

说明书

一种皱褶式主动冷却热防护承力一体化结构，涉及航空航天工程技术，包括上壁板、芯材和下壁板，上壁板的底部与芯材的顶部固定连接，芯材的底部与上壁板的顶部固定连接。本发明涉及的结构，在传统承力皱褶芯材夹层板的基础上，利用其特有的结构构型，将皱褶空腔作为冷却剂的冷却通道，形成了承力换热一体化结构，减少了传统主动防热结构只承受热载荷的冷却管道，从而大大减轻结构重量；芯材的反射面有效地反射了辐射热流，比传统的蜂窝夹芯结构具有更好的隔热效果；冷却剂流经过芯材与温度较低的下层空腔，再通过温度较高的上层空腔进行冷却，进一步提高了冷却效率；芯材特有的构型与上下壁板形成的曲折流道，比传统的直圆管具有更高对流换热系数。

技术领域

本发明涉及航空航天工程技术领域，特别涉及一种皱褶式主动冷却热防护承力一体化结构。

背景技术

对再入过程中的空天飞行器和大气层内飞行的高超声速飞行器，其结构除了承受机械载荷的同时还承受严重的气动加热。强烈的气动热必须通过防热材料和热防护系统吸收或者耗散掉，以保证飞行器内部结构和设别的正常工作。从承受热载荷和机械载荷的状况划分，热防护结构可以分为热结构和冷结构：冷结构的热防护系统承受热载荷，内部承力结构只承受机械载荷；热结构同时承受热载荷和机械载荷。为了进一步降低结构重量，尤其是只承受热载荷的放热瓦、防热毡和主动冷却系统，热防护系统方案正从被动防热向主动防热发展，从“防热-结构”分开向“防热-结构一体化”发展。国内外已经有很多学者对一体化防热结构进行了研究，也有对单个皱褶空腔流道的对流换热特性的研究，但是利用皱褶结构的空腔作为冷却通道，将皱褶芯材夹层板作为防热承力一体化结构，目前还未见相关发明专利的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种皱褶式主动冷却热防护承力一体化结构，是一种用于高超声速飞行器的热结构，可以实现结构放热与承力一体化，提高换热效率。

本发明提供的一种皱褶式主动冷却热防护承力一体化结构，包括上壁板、芯材和下壁板，上壁板的底部与芯材的顶部固定连接，芯材的底部与上壁板的顶部固定连接。

所述上壁板、所述芯材和所述下壁板均采用高温镍基变形合金材料。

所述上壁板与所述芯材之间和所述芯材与所述下壁板之间均通过高温焊接固定连接。

所述芯材为皱褶形结构，且芯材的皱褶形结构的偏折角为45-70°。

优选地，所述芯材2壁厚为1mm。

所述上壁板和所述下壁板的壁厚均为1-5mm。

所述芯材为整体成型。

所述芯材的皱褶形结构与所述上壁板之间形成空腔，为上层空腔，所述芯材的皱褶形结构与所述下壁板之间形成空腔，为下层空腔。

本发明设计提供的一种皱褶式主动冷却热防护承力一体化结构，在传统承力皱褶芯材夹层板的基础上，利用其特有的结构构型，将皱褶空腔作为冷却剂的冷却通道，形成了承力换热一体化结构，减少了传统主动防热结构只承受热载荷的冷却管道，从而大大减轻结构重量；芯材的反射面有效地反射了辐射热流，比传统的蜂窝夹芯结构具有更好的隔热效果；冷却剂流经过芯材与温度较低的下层空腔进行冷却，再通过温度较高的上层空腔进行冷却，与传统通大单排热管相比进一步提高了冷却效率；芯材特有的构型与上下壁板形成的曲折流道，比传统的直圆管具有更高的对流换热系数。

附图说明

图1是本发明提供的一种皱褶式主动冷却热防护承力一体化结构的结构示意图；其中图1a为芯材展开图，图1b为芯材示意图，图1c为芯材与上壁板和下壁板组合结构示意图；

图2是本发明提供的一种皱褶式主动冷却热防护承力一体化结构中皱褶芯材设计参数图；

图3是本发明提供的一种皱褶式主动冷却热防护承力一体化结构中的相同换热条件下皱褶管与圆直管算例的温度分布对比示意图；