[发明专利]一种填充相变材料的返回舱缓冲外壳

说明书

本发明公开了一种填充相变材料的返回舱缓冲外壳，其包括第一外壳、第二外壳和位于第一外壳、第二外壳之间的用于填充第一相变材料及泡沫金属的腔室；所述的第二外壳连接返回舱外壁。泡沫金属填充时预留圆柱形空间用于安装机械缓冲组件；所述机械缓冲组件包括圆柱形外壁、位于外壁内部的第二相变材料和形状记忆合金做成的弹簧，泡沫金属的空隙里填充第一相变材料，第一相变材料和第二相变材料在达到设定温度后逐渐吸热融化成液相流体。记忆合金达到形变温度后会发生形变伸长变成缓冲弹簧，本发明的返回舱缓冲外壳即可以给返回舱提供热缓冲，也可以给返回舱提供机械缓冲。

技术领域

本发明属于相变储能材料技术领域，具体涉及一种填充相变材料的返回舱缓冲外壳。

背景技术

返回舱承载了宇航员及大量的精密试验仪器，返回舱的成功回收是载人航天工程中至关重要的一个环节。返回舱要安全着陆，有两个技术难点。一是返回舱进入大气层时，迎面气流最高的温度大概1000度到1200度。返回舱最外层既要抵抗住这种高温，还要保证里面的铝合金壳体和航天员所处的环境处于一个合适的温度，防止设备被烧坏，避免航天员感觉到特别热、不舒服。一是返回舱在返回地面的过程中，一般都采用降落伞来降低其着陆速度。由于受降落伞的设计着陆速度限制，载人航天返回舱在陆地上的着陆速度一般为6-7m/s，而对无人返回舱可达10-14m/s。返回舱以这样大的着陆速度着陆时会在着陆瞬间产生很大的冲击，对舱内宇航员及仪器设备造成较大影响。

虽然，现在返回舱使用的方法已经可以满足安全要求，但是对于解决这两个技术难点的方法一直在不断优化，若有方案能更加有效提高热缓冲和机械缓冲，则可进一步降低返回舱内设备的抗震和抗热要求，为返回舱内部提高更加安全的环境。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种填充相变材料的返回舱缓冲外壳。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明首先提供了一种填充相变材料的返回舱缓冲外壳，其包括第一外壳、第二外壳和位于第一外壳与第二外壳之间的用于填充第一相变材料和泡沫金属的腔室；所述泡沫金属填满所述腔室，所述第一相变材料填充于所述泡沫金属的孔隙内；所述的第一外壳和第二外壳构成返回舱缓冲外壳的壳体；所述第二外壳用于连接返回舱；所述腔室内固定有机械缓冲组件；所述机械缓冲组件包括组件外壁、位于组件外壁内部的第二相变材料和形状记忆合金做成的弹簧，所述弹簧达到变形温度以后长度将伸长；所述第一相变材料的相变温度高于所述第二相变材料的相变温度；所述形状记忆合金的变形温度高于所述第二相变材料的相变温度。

作为本发明的优选方案，所述第一外壳采用熔点高于1500℃的材料；第一外壳的外壁面上涂覆有烧蚀防热材料。进一步的，所述的第一外壳采用熔点高于1500℃的金属氧化物或氧化物弥散强化型高温合金。

作为本发明的优选方案，所述第二外壳采用隔热材料，所述第二外壳包裹所述返回舱的全部或部分外表面。进一步的，所述第二外壳采用氧化铝、陶瓷或耐火材料。

作为本发明的优选方案，所述第一相变材料为相变温度在1000-1500℃的无机相变材料；所述第二相变材料为相变温度在150-200℃的有机相变材料；所述形状记忆合金的变形温度为150-200℃。进一步的，所述第二相变材料是D-半乳糖醇、D-甘露糖醇、肌糖醇中、D-半乳糖醇/肌糖醇、D-甘露糖醇/D-半乳糖醇的一种或多种；所述第一相变材料为氯化物、碳酸盐、氟化物中的一种或多种。

作为本发明的优选方案，所述泡沫金属的孔隙率为80％-95％；所述泡沫金属的材质选择为泡沫镍，泡沫金属填充时预留圆柱形空间用于安装机械缓冲组件。

作为本发明的优选方案，所述第一外壳与第二外壳之间的间距，即腔室厚度，为返回舱长度的0.15-0.5倍；所述弹簧在未达到变形温度时，其长度是腔室厚度的0.5-0.8倍，所述弹簧达到变形温度以后，其伸长后的长度大于等于腔室厚度的0.9倍。