[发明专利]基于相变材料的多层防隔热承载一体化点阵热防护系统

说明书

本发明公开的基于相变材料的多层防隔热承载一体化点阵热防护系统，属于热防护领域。本发明包括点阵夹芯结构、隔热材料和相变材料。点阵夹芯结构主要由顶部面板、芯子杆、中间面板和底部面板组成。相变材料是事先压制定型的复合相变材料。将隔热材料和相变材料由外层向内层依次填充于点阵夹芯结构的三层面板之间，相变材料放在隔热材料之间，主要利用相变材料具有高相变潜热、高热容的储能特点吸收热量。当热量传递至中间面板时，使热量分布更加均匀，解决热量在相变材料中向下传递速度过快而无法充分有效吸收热量的问题。本发明能够起到良好的隔热效果，底部面板温度远低于安全温度，显著减缓热短路效应引起的过热，具有优异的热防护性能。

技术领域

本发明涉及一种基于相变材料的多层防隔热承载一体化点阵热防护系统，属于热防护领域。

背景技术

在地球大气层以外的宇宙空间，基本上按照天体力学的规律运行的各类飞行器，又称空间飞行器。空间飞行器是执行航天任务的主体，是航天系统的主要组成部分，具有巨大的潜在军事和经济价值，然而，空间飞行器在发射和重返过程中气动加热剧烈，产生的高温会造成飞行器结构外形烧蚀、内部设施无法正常工作等问题，对飞行器的正常运行以及安全带来严重影响，需要进行热防护设计。

传统热防护方式主要从烧蚀、辐射、热沉、隔热四种形式出发，通过使用烧蚀材料、热防护涂层、防隔热材料等，结构形式较为单一。由于空间飞行器处于严酷的热力学环境，传统热防护方式和单一的承载与防热结构，已经无法满足空间飞行器的热防护需求，空间飞行器热防护系统开始走向防热与承载相结合，多功能一体化热防护技术等结构设计的发展新方向，一体化热防护系统被广泛认为是保护空间飞行器不受过热和保持气动形状不过度变形的最关键技术之一。

现有技术中的点阵夹芯结构一体化热防护系统，由点阵夹芯结构和填充夹层的隔热材料组成，其中点阵夹芯结构由顶部面板、底部面板和作为承重结构的腹板组成。作为点阵夹芯一体化热防护系统的一个重要特性，腹板不仅连接和集成了顶部面板和底部面板，而且在两板之间传递热载荷和机械载荷。虽然腹板提高了结构刚度，但同时通过腹板直接从顶部面板向底部面板传递了大量的热，大大降低了点阵夹芯结构一体化热防护系统的热防护能力。虽然到目前为止在研究方面已经取得了很大的进展，但此结构在工程应用上仍然受到腹板热短路效应的制约，承载能力与结构质量有待进一步优化。

发明内容

为显著减缓传统点阵夹芯结构一体化热防护系统中热短路效应引起的过热，本发明的目的是提供一种基于相变材料的多层防隔热承载一体化点阵热防护系统，将相变材料吸收到多孔结构中制备出成型稳定的复合相变材料，利用相变材料具有的高相变潜热、高热容的储能特点来吸收热量，使热量传递更加均匀，且通过合理分布复合相变材料在多层防隔热承载一体化点阵热防护系统中的位置，显著减缓热短路效应引起的过热，进一步提升多层防隔热承载一体化点阵热防护系统的承载能力和结构质量。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的基于相变材料的多层防隔热承载一体化点阵热防护系统，包括点阵夹芯结构、隔热材料和相变材料。所述点阵夹芯结构主要由顶部面板、芯子杆、中间面板和底部面板组成。

所述隔热材料主要起到绝热作用。

所述相变材料是事先压制定型的复合相变材料，即将相变材料吸收到多孔结构中制备出成型稳定的复合相变材料层。

所述基于相变材料的多层防隔热承载一体化点阵热防护系统，作为优选，选用基于相变材料的三层防隔热承载一体化点阵热防护系统，为有效降低从顶部面板传递至底部面板的温度，将隔热材料和相变材料由外层向内层依次填充于点阵夹芯结构的顶部面板、中间面板和底部面板之间，复合相变材料由于使用温度较低，位于中间面板处，相变材料放在隔热材料之间，主要利用相变材料具有高相变潜热、高热容的储能特点来吸收热量。