[发明专利]超限热防护与生存状态感知的高速飞行器柔性蒙皮

说明书

本发明公开了一种超限热防护与生存状态感知的高速飞行器柔性蒙皮，包括表层闪蒸发汗热防护微孔道层和底层生存状态感知柔性基底层，底层生存状态感知柔性基底层的上表面与表层闪蒸发汗热防护微孔道层的下表面相接，表层闪蒸发汗热防护微孔道层的上表面设有冷却剂溢出孔，表层闪蒸发汗热防护微孔道层内部刻蚀有毛细末端微孔道、次级微孔道、主干微孔道，冷却剂溢出孔与毛细末端微孔道相通，毛细末端微孔道位于次级微孔道内壁上并与其相通，次级微孔道位于主干微孔道内壁上并与其相通。表层闪蒸发汗热防护微孔道层上表面固定有表层柔性封装电阻温度传感器，底层生存状态感知柔性基底层内嵌底层柔性应力传感器和底层柔性应变传感器。

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，涉及一种超限热防护与生存状态感知的高速飞行器柔性蒙皮。

背景技术

现有高速飞行器无法实现可变形飞行。其原因在于高速飞行器以5~25马赫的飞行速度突破或再入大气层的过程中，飞行器对周围空气产生强烈的挤压作用形成激波层，使飞行器表面与周围空气剧烈摩擦产生黏滞流体。这种激波层的粘性耗散会引起飞行器表面压力与温度急剧上升，飞行器在高速飞行下形成的高温与等离子体等极端复杂的环境使得飞行器只能采用耐高温的刚性金属材料作为表面防护材料，制约了现有高速飞行器无法实现可变形飞行。

目前，应用于可变体飞行器的柔性蒙皮和发汗冷却热防护的主要研究有：（1）橡胶类柔性蒙皮或纤维增强型复合橡胶材料制备的柔性蒙皮，如中国专利申请，授权号CN207389526U，该发明公开了一种柔性蒙皮，包括柔性弹簧骨架和超弹性硅橡胶薄片，但该蒙皮非全柔性，自由度下降，且无法承受高温，只能在低空低速飞行器上使用，并且该蒙皮无法感知生存状态。（2）刚性材料基底热防护技术，如中国专利申请，公开号CN108423154A，该发明公开了一种基于梯度多孔材料的高超声速飞行器前缘热防护方法，采用耐高温材料制备出具有梯度孔隙率的多孔前缘，注入冷却工质进行热防护，但该技术采用了刚性金属材料基底，无法形变，不可适用于可变体飞行器。

综上所述，现有的柔性蒙皮只能用于低空（高度20km）和低速（1.2马赫）环境，在较大的大气压力下如何实现蒙皮的柔性可延展是其面临的关键问题。对于在高空（高度20km）和高速（速度5马赫）飞行的高速飞行器而言，飞行器蒙皮所需承受的气动载荷要远小于低空环境，但蒙皮在高马赫数下会受到严重的气动热威胁。因此，发明能够在高温等极端环境下具有柔性可延展和状态自感知的柔性蒙皮是高速飞行器实现可变形飞行的关键和瓶颈问题。

发明内容

本发明提供一种超限热防护与生存状态感知的高速飞行器柔性蒙皮，解决了现有柔性蒙皮因其无法承受高温且柔性可延展性差只能用于低空和低速环境，无法用于高空和高速可变体飞行器上的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，超限热防护与生存状态感知的高速飞行器柔性蒙皮，包括表层闪蒸发汗热防护微孔道层和底层生存状态感知柔性基底层，所述底层生存状态感知柔性基底层的上表面与表层闪蒸发汗热防护微孔道层的下表面相连接。

进一步的，所述表层闪蒸发汗热防护微孔道层和底层生存状态感知柔性基底层的材质是柔性聚合物。

进一步的，所述表层闪蒸发汗热防护微孔道层的上表面设置有冷却剂溢出孔；所述表层闪蒸发汗热防护微孔道层内部刻蚀有毛细末端微孔道、次级微孔道、主干微孔道。

进一步的，所述柔性聚合物是聚二甲基硅氧烷。

进一步的，所述冷却剂溢出孔与毛细末端微孔道相通，所述毛细末端微孔道位于次级微孔道内壁上并与其相通，所述次级微孔道位于主干微孔道内壁上并与其相通。

进一步的，所述表层闪蒸发汗热防护微孔道层上表面固定有表层柔性封装电阻温度传感器；所述底层生存状态感知柔性基底层内嵌有底层柔性应力传感器和底层柔性应变传感器。

进一步的，所述底层柔性应力传感器和底层柔性应变传感器采用柔性应力应变感知材料。