用于金属热防护系统的低热膨胀夹芯式面板结构

本发明涉及金属热防护系统，尤其是一种用于金属热防护系统的低热膨胀夹芯式面板结构。

背景技术：

1、金属热防护系统具有重复使用性好、运维成本低、气候适应性强、抗冲击性能好等显著优势，是新型可重复使用高速飞行器机身大面积热防护的优选方案之一。传统的金属热防护结构主要是由外层高温合金面板结构，隔热结构以及机械连接固定结构和整体密封结构组成的复合式结构。

2、夹芯式面板结构作为金属热防护系统最外层的部件，其性能稳定性对整个金属热防护系统极为重要。常规金属夹芯式面板结构大多采用蜂窝构型，由上、下两个面板和中间的蜂窝芯钎焊而成。在高温环境下金属热防护系统在厚度方向具有明显的温度梯度，导致热面与冷面间的变形差异较大，使得连接件受到热膨胀和热应力影响。热变形会导致相邻热防护系统发生干涉，影响飞行器气动特性；而高量级的热应力容易导致热防护结构产生塑性变形，甚至发生破坏。因此，需要针对金属热防护系统热匹配问题开展研究，设计一种可有效抑制夹芯式面板结构在高温载荷下热变形量的方案，以确保结构稳定性和可靠性。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种用于金属热防护系统的低热膨胀夹芯式面板结构，目的是有效抑制夹芯式面板结构在高温载荷下的热变形量，改善金属热防护系统的热匹配问题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种用于金属热防护系统的低热膨胀夹芯式面板结构，包括至少一个混合芯层单元，所述至少一个混合芯层单元两侧各连接一个面板；

4、所述混合芯层单元包括四个依次连接的结构单元，四个结构单元左右、上下镜像布置，每个结构单元的结构为：

5、包括两个外直壁板、两个内直壁板和一个x形壁板，所述两个外直壁板、两个内直壁板围在所述x形壁板四周；

6、所述两个外直壁板相垂直、两个外直壁板的第一端之间形成间隙；所述两个内直壁板相垂直，两个内直壁板的第一端之间形成间隙；

7、所述x形壁板腰部两侧分别为两个呈v形的第一段板和两个呈v形的第二段板，两个第一段板分别与两个内直壁板的第一端对应相连，两个第二段板分别与两个外直壁板第一端对应连接，两个内直壁板第二端分别与相邻的外直壁板第二端对应连接；相邻两个所述结构单元的第一段板相连，沿圆周方向围成位于混合芯层单元中心的星形腔；

8、所述x形壁板采用材料一，所述外直壁板和内直壁板采用材料二，材料二的热膨胀系数大于材料一的热膨胀系数；

9、所述混合芯层单元的所述外直壁板两侧分别与所述面板连接，混合芯层单元的其余部分则不与面板接触。

10、进一步技术方案为：

11、所述内直壁板及x形壁板的两侧与所述面板之间的间隙为1～5mm。

12、所述混合芯层单元设置两个及以上时，按照设定的规律紧密排布；相邻两个混合芯层单元通过所述外直壁板相贴合。

13、所述两个第一段板长度相同，所述两个第二段板长度相同。

14、所述第一段板与第二段板的长度相同或不同。

15、所述面板及混合芯层单元的材料为高温合金。

16、所述材料一为低热膨胀系数的高温合金，所述材料二为高热膨胀系数的高温合金。

17、相邻两个所述结构单元的外直壁板之间固连或一体成型，相邻两个所述结构单元的内直壁板紧密贴合或一体成型。

18、所述混合芯层单元与面板之间焊接、或通过增材制造一体成型。

19、所述x形壁板与外直壁板、与内直壁板之间，以及外直壁板与内直壁板之间焊接、或通过增材制造一体成型。

20、本发明的有益效果如下：

21、本发明具有低热膨胀特性，混合芯层单元的内、外直壁板的热膨胀系数大于x形壁板，受热时外直壁板、内直壁板的热应变大于x形壁板的热应变，从四周挤压x形壁板，使x形壁板产生弹性拉伸变形从而能绕其腰部中心轴发生转动，使内、外直壁板向内移动，混合芯层单元外直壁板的向内移动限制上、下面板向四周外部方向的热变形，由此使得上、下面板的等效热膨胀系数降低。从而有效抑制在高温载荷下的热变形。

22、本发明的面板只与混合芯层单元四周的外直壁板连接，相较于面板与混合芯层单元所有壁板全部连接的结构，极大地降低了面板对混合芯层单元受热收缩响应的限制作用，同时混合芯层单元仍会作用面板，从而使整个夹芯式面板结构充分发挥低热膨胀特性。

23、本发明的夹芯式面板结构材料全部采用高温合金，相比于普通金属材料，其优异的耐高温性能和抗氧化能力确保在极端高温条件下稳定运行，延长使用寿命。高强度和高刚性使其能承受巨大机械载荷，低密度特性减轻整体重量。同时结构设计简单，因此容易实现多个直板间的焊接，或直接进行整体设计及制备，便于构建以用于金属热防护系统。

24、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

技术特征：

1.一种用于金属热防护系统的低热膨胀夹芯式面板结构，其特征在于，包括至少一个混合芯层单元(2)，所述至少一个混合芯层单元(2)两侧各连接一个面板(1)；

2.根据权利要求1所述的用于金属热防护系统的低热膨胀夹芯式面板结构，其特征在于，所述内直壁板(23)及x形壁板(22)的两侧与所述面板(1)之间的间隙为1～5mm。

3.根据权利要求1所述的用于金属热防护系统的低热膨胀夹芯式面板结构，其特征在于，所述混合芯层单元(2)设置两个及以上时，按照设定的规律紧密排布；相邻两个混合芯层单元(2)通过所述外直壁板(21)相贴合。

4.根据权利要求1所述的用于金属热防护系统的低热膨胀夹芯式面板结构，其特征在于，所述两个第一段板(222)长度相同，所述两个第二段板(221)长度相同。

5.根据权利要求1所述的用于金属热防护系统的低热膨胀夹芯式面板结构，其特征在于，所述第一段板(222)与第二段板(221)的长度相同或不同。

6.根据权利要求1所述的用于金属热防护系统的低热膨胀夹芯式面板结构，其特征在于，所述面板(1)及混合芯层单元(2)的材料为高温合金。

7.根据权利要求1所述的用于金属热防护系统的低热膨胀夹芯式面板结构，其特征在于，所述材料一为低热膨胀系数的高温合金，所述材料二为高热膨胀系数的高温合金。

8.根据权利要求1所述的用于金属热防护系统的低热膨胀夹芯式面板结构，其特征在于，相邻两个所述结构单元的外直壁板(21)之间固连或一体成型，相邻两个所述结构单元的内直壁板(23)紧密贴合或一体成型。

9.根据权利要求1所述的用于金属热防护系统的低热膨胀夹芯式面板结构，其特征在于，所述混合芯层单元(2)与面板(1)之间焊接、或通过增材制造一体成型。

10.根据权利要求1所述的用于金属热防护系统的低热膨胀夹芯式面板结构，其特征在于，所述x形壁板(22)与外直壁板(21)、与内直壁板(23)之间，以及外直壁板(21)与内直壁板(23)之间焊接、或通过增材制造一体成型。

技术总结
本发明涉及一种用于金属热防护系统的低热膨胀夹芯式面板结构，包括至少一个混合芯层单元，其包括四个依次连接的结构单元，四个结构单元左右、上下镜像布置，每个结构单元的结构为：包括热膨胀系数较大的两个外直壁板、两个内直壁板和热膨胀系数较小的X形壁板；X形壁板腰部两侧分别为两个第一段板和两个第二段板，两个第一段板分别与两个内直壁板的第一端对应相连，两个第二段板分别与两个外直壁板第一端对应连接，两个内直壁板第二端分别与相邻的外直壁板第二端对应连接；相邻两个结构单元的第一段板相连；混合芯层单元的外直壁板两侧分别与面板连接，混合芯层单元的其余部分则不与面板接触。本发明可抑制在高温载荷下热变形。

技术研发人员：陈强,杨济臣,马晗,费庆国,李彦杰,张旭东,李彦斌
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/31