[发明专利]一种热防护结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种热防护结构及其制备方法，该热防护结构包括依次设置的隔热层、空腔层和蒙皮，隔热层设置于飞行器内舱的外表面上；隔热层包括多孔隔热结构、设置于多孔隔热结构中的温敏性水凝胶和吸附于温敏性水凝胶中的冷却工质；在热防护结构未进行热防护时，温敏性水凝胶处于溶胀状态，用于将冷却工质以固相的存在形式吸附于温敏性水凝胶中；在热防护结构进行热防护时，温敏性水凝胶吸收由蒙皮和空腔层向内辐射的热量，使其处于退溶胀状态，用于将冷却工质的存在形式由固相依次转变为液相和气相，并使得气相的冷却工质释放到空腔层后排出。本发明提供的热防护结构具备优异的热防护性能。

技术领域

本发明涉及热防护技术领域，特别涉及一种热防护结构及其制备方法。

背景技术

现今，飞行器高速飞行技术大幅度提高了人类探索空间、进入空间、控制空间和利用空间的能力，具有特殊的军事战略意义和重要的科学价值。然而，无论临近空间高超声速飞行器，还是星际探测进入或返回的航天器，在大气层中以高超声速(5马赫)再入或飞行时，由于经历严酷的气动加热环境，飞行器或航天器会面临“新热障”这一关键技术难题，而发展热防护机制，指导飞行器热防护系统的设计与制备，是解决此难题的有效途径。

热防护机制是专门用于飞行器热防护的特殊机制，是一类包含防热机理(例如，基于材料属性、物理化学效应或结构原理等)和系统结构构造及其工作原理的机制。目前，现役或已经试飞的高超声速飞行器(如X-15、X-37B、Apollo返回舱、X-43A以及SHEFEX II)采用的热防护机制按照防热机理可分为被动式(如热沉、绝热结构)、半被动式(如烧蚀、热管)和主动(如工质、冷却流)。这些传统热防护机制具有共同的特点，都是依靠材料或结构自身的耗、散、阻、抗来实现热防护功能。

然而，未来临近空间高超声速飞行器向着高速域、宽空域、长航时和可重复的方向发展，同时随着未来针对月球、火星、木星、太阳等多项重点深空探测任务的开展，气动加热环境将变得更加严峻，飞行器面临的热障问题将更加突出，仅仅依靠传统热防护机制已难以满足未来高超声速飞行器对热防护的需求。

发明内容

本发明实施例提供了一种热防护结构及其制备方法，能够提供一种热防护结构，满足未来高超声速飞行器对热防护的需求。

第一方面，本发明提供了一种热防护结构，所述热防护结构包括依次设置的隔热层、空腔层和蒙皮，所述隔热层设置于飞行器内舱的外表面上；

所述隔热层包括多孔隔热结构、设置于所述多孔隔热结构中的温敏性水凝胶和吸附于所述温敏性水凝胶中的冷却工质；

在所述热防护结构未进行热防护时，所述温敏性水凝胶处于溶胀状态，用于将所述冷却工质以固相的存在形式吸附于所述温敏性水凝胶中；

在所述热防护结构进行热防护时，所述温敏性水凝胶吸收由所述蒙皮和所述空腔层向内辐射的热量，使其处于退溶胀状态，用于将所述冷却工质的存在形式由固相依次转变为液相和气相，并使得气相的所述冷却工质释放到所述空腔层后排出。

本发明的目的是针对下一代高超声速飞行器所需要的长时间、可重复热防护结构的需求，提供了主动、被动协同作用的热防护机制，具体是通过增加向内辐射散热(被动)和固相水相变散热(主动)协同作用的热防护机制实现热防护。

被动：传统热防护结构主要通过外蒙皮(外侧)向外辐射实现散热，本发明在外辐射的基础之上通过在蒙皮与隔热材料之间增加空腔层，使得蒙皮内侧也可向内辐射热量，通过蒙皮内侧表层的改性可大幅度提升蒙皮内侧的辐射系数，最高可达0.9，从而增加了在传统热防护基础之上增加了一项内辐射散，实现提升热防护结构防热效率的目的；