一种一体化舱段局部热防护结构、飞行器及加工方法

技术领域

本申请涉及飞行器领域，具体涉及一种一体化舱段局部热防护结构、飞行器及加工方法。

背景技术

目前飞行器在飞行过程中外大气摩擦会气动加热使飞行器表面温度升高，使飞行器表面处于高温环境下，尤其是飞行器局部凸起结构，飞行器局部凸起结构附近舱段大面积防热结构和凸起结构会在严酷的气动热环境下造成较大烧蚀破坏，需要对应区域舱段热防护结构具有抗烧蚀和抗冲刷能力。

相关技术中，为了保证热防护结构具有较高的抗冲刷能力，一般将飞行器表面的对应区域舱段热防护结构设计为一体式的，使整个舱段热防护结构不易受热气流冲刷分裂，也即整个舱段热防护结构均采用相同的具有高抗烧蚀和抗冲刷能力的防热材料，但是一般而言，抗烧蚀、抗冲刷性能与防热材料密度正相关，同一种材料具备抗烧蚀和抗冲刷性能的同时密度往往比较高，导致整个舱段热防护结构的总体重量较重，不满足轻量化要求。

因此，有必要设计一种一体化舱段局部热防护结构，以克服上述问题。

发明内容

本申请提供一种一体化舱段局部热防护结构、飞行器及加工方法，可以解决相关技术中整个舱段的热防护需求和总体重量指标需求无法同时满足的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种一体化舱段局部热防护结构，其包括：防热挡板、防热层和连接结构，所述防热层围设于所述防热挡板的四周，所述防热层与所述防热挡板交错搭接，且所述防热层与所述防热挡板共同固化成型，所述防热挡板的密度大于所述防热层的密度；所述连接结构安装于所述防热挡板，且所述连接结构用于安装至舱段承力壳体。

其中，所述防热挡板与所述防热层均采用防热材料，所述防热层设置有环形开口，且所述防热层通过该开口围设于所述防热挡板的四周，所述防热挡板的密度大于所述防热层的密度，所述防热挡板具备抗烧蚀和抗冲刷能力，所述防热层与所述防热挡板交错搭接，使所述防热层与所述防热挡板的连接处具有较强的抗冲刷能力，同时使所述防热层与所述防热挡板共同固化成型后整体性增强，在局部高热流环境下使用，所述防热挡板满足耐烧蚀和抗冲刷的要求。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述防热挡板包括挡板主体，所述挡板主体的四周凸伸出第一翻边结构，所述第一翻边结构插入所述防热层内。其中，所述挡板主体的四周可以凸伸出多个第一翻边结构，优先地，多个所述第一翻边结构可以设置为两个，多个所述第一翻边结构排列形成锯齿形，多个所述第一翻边结构与所述防热层交错搭接，使所述防热挡板与所述防热层的连接处抗冲刷能力增强，所述挡板主体的四周也可以凹陷形成多个第一凹槽，所述防热层可以伸入多个所述第一凹槽，多个所述第一凹槽与所述防热层交错搭接，优选地，多个所述第一凹槽可以为两个。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述挡板主体包括局部凸台和板面结构，所述局部凸台倾斜凸设于所述板面结构的表面，所述局部凸台的四周一体连接所述板面结构，所述板面结构的四周凸伸出所述第一翻边结构。其中，所述局部凸台设置为具有一定高度并倾斜的局部凸台，所述局部凸台凸出于所述板面结构和所述防热层的表面，所述板面结构围设于所述局部凸台的开口，所述防热挡板位于飞行器局部结构的前方，所述局部凸台沿气流方向(如图4所示箭头方向为气流方向)挡住飞行器局部凸起结构，有效的保护飞行器局部凸起结构。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述连接机构包括嵌入件和连接螺钉，所述嵌入件嵌入所述防热挡板内，所述连接螺钉与所述嵌入件连接，所述连接螺钉用于安装至所述舱段承力壳体。其中，所述嵌入件采用金属材料，优先地，金属材料可以为碳钢材料，所述嵌入件嵌入所述防热挡板的底部，使所述嵌入件与所述防热挡板的预固化后整体性增强，所述嵌入件设置有螺纹孔，所述螺纹孔贯穿所述嵌入件，所述连接螺钉通过所述螺纹孔可以螺纹连接所述嵌入件并安装至所述舱段承力壳体，使所述一体化舱段局部热防护结构的连接强度提升。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述嵌入件的两端凸伸出第二翻边结构，所述第二翻边结构嵌入所述防热挡板。其中，所述嵌入件的两端凸伸出第二翻边结构，所述第二翻边结构嵌入所述防热挡板底部，所述嵌入件呈T型，所述嵌入件包括两个固定部和连接部，两个所述固定部之间通过所述连接部连接，所述固定部向外凸伸出两个所述第二翻边结构，两个所述固定部的厚度均大于所述连接部的厚度，使两个所述固定部与所述连接部连接后，两个所述固定部与所述连接部围成第二凹槽，所述第二凹槽可以增加所述嵌入件与所述防热挡板的接触面积，使所述嵌入件与所述防热挡板的整体性增强，所述固定部和所述连接部均设置有所述螺纹孔，所述嵌入件与所述舱段承力壳体通过所述连接螺钉螺纹连接，使所述嵌入件与所述舱段承力壳体连接强度增强，所述嵌入件和所述防热挡板的预固化过程中所述嵌入件与所述防热挡板固定连接，使所述嵌入件与所述防热挡板的整体性进一步增强。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述嵌入件的底面向其内部凹陷形成安装槽，所述安装槽内安装有隔热块，所述隔热块的表面与所述嵌入件的底面齐平，所述嵌入件的底面与所述防热挡板的表面齐平。其中，所述嵌入件底面间隔设置多个所述安装槽，多个所述安装槽内安装有多个隔热块，优选地，多个所述安装槽可以设置为两个，所述隔热块可以减少所述嵌入件和所述舱段承力壳体的接触面积，达到减少所述嵌入件和所述舱段承力壳体之间传热的效果，同时所述隔热块的表面与所述嵌入件的底面齐平，所述嵌入件的底面与所述防热挡板的表面齐平，方便所述防热挡板与所述舱段承力壳体的整体安装。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述防热挡板和所述防热层均采用石英纤维编织体复合材料，且所述防热挡板的密度在1.5～1.7g/cm

结合第一方面，在一种实施方式中，所述隔热块采用导热率低于0.1W/(m.k)的隔热材料。其中，优选地，所述隔热块可以采用导热率为0.05W/(m.k)的隔热材料，所述隔热块采用低导热率材料具有隔热的作用，所述隔热块可以有效减少所述嵌入件和所述舱段承力壳体之间传热。

第二方面，本申请实施例还提供了一种飞行器，其包括：舱段承力壳体以及所述的一体化舱段局部热防护结构，所述的一体化舱段局部热防护结构安装于所述舱段承力壳体。其中，所述舱段承力壳体安装于所述一体化舱段局部热防护结构的底部，所述防热层与所述舱段承力壳体粘连，所述防热层的重量大于所述舱段承力壳体的重量，在飞行过程中所述防热层有效挤压所述舱段承力壳体，使所述防热层与所述舱段承力壳体连接更紧密，所述舱段承力壳体可以用于承载所述防热挡板和所述防热层。

第三方面，本申请实施例还提供了一种一体化舱段局部热防护结构的加工方法，所述加工方法包括如下步骤：

将连接结构与防热挡板预固化，使连接结构安装于防热挡板；

将防热层在模具内围起设于防热挡板的四周，且将防热挡板与防热层交错搭接，然后将防热挡板与防热层共同固化成型；

将防热层与舱段承力壳体套装连接，然后将防热挡板与舱段承力壳体通过连接结构连接，形成一体化舱段局部热防护结构。

其中，所述连接结构可以包括所述嵌入件和所述连接螺钉，所述嵌入件嵌入所述防热挡板的底部，所述连接螺钉与所述嵌入件螺纹连接，所述嵌入件和所述防热挡板预固化，使所述嵌入件和所述防热挡板的整体性增强；所述防热挡板的四周凸伸出多个第一翻边结构，多个所述第一翻边结构插入所述防热层内，优选地，多个所述第一翻边结构可以设置为两个，多个所述第一翻边结构设置为锯齿形，所述防热挡板与所述防热层交错搭接，使所述防热挡板与所述防热层的连接处抗冲刷能力增强，所述防热挡板与所述防热层共同固化成型，使所述防热挡板与所述防热层整体性增强；所述防热挡板与所述舱段承力壳体通过所述连接螺钉螺纹连接，使所述防热挡板和所述舱段承力壳体的连接强度提高，所述一体化舱段局部热防护结构在满足局部抗热冲刷的同时总体重量较轻，所述一体化舱段局部热防护结构的加工方法工艺简单，便于批量化生产应用。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

通过在防护结构中设置高密度的防热挡板，可以使防热挡板具有高抗烧蚀和抗冲刷能力，可在局部高热流环境下使用，满足耐烧蚀、抗冲刷要求，同时防热挡板与四周的防热层交错搭接共同固化成型，使防热挡板与防热层的连接处具有较强的抗冲刷能力，固化后整体性强，并且防热层的密度小于防热挡板的密度，可以降低整个一体化舱段局部热防护结构的总体重量，解决了相关技术中整个舱段热防护结构的总体重量较重，不满足轻量化要求的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一体化舱段局部热防护结构的剖面图；

图2为本申请实施例提供的嵌入件的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的嵌入件和隔热块组装的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的防热挡板的正面结构示意图；

图5为图4另一视角的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的防热挡板的底面结构示意图。

图中：1、防热挡板；11、挡板主体；12、第一翻边结构；13、局部凸台；14、板面结构；2、防热层；3、舱段承力壳体；4、嵌入件；41、第二翻边结构；42、安装槽；43、螺纹孔；44、第二凹槽；5、连接螺钉；6、隔热块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种一体化舱段局部热防护结构、飞行器及加工方法，其能解决相关技术中整个舱段热防护结构的总体重量较重，不满足轻量化要求的技术问题。

参见图1所示，本申请实施例提供了一种一体化舱段局部热防护结构，其包括：防热挡板1、防热层2和连接结构，所述防热层2围设于所述防热挡板1的四周，所述防热层2与所述防热挡板1交错搭接，且所述防热层2与所述防热挡板1共同固化成型，所述防热挡板1的密度大于所述防热层2的密度；所述连接结构安装于所述防热挡板1，且所述连接结构用于安装至舱段承力壳体3。

本实施例中，所述防热挡板1与所述防热层2均采用防热材料，所述防热层2设置有环形开口，且所述防热层2通过该开口围设于所述防热挡板1的四周，所述防热挡板1的密度大于所述防热层2的密度，所述防热挡板1具备抗烧蚀和抗冲刷能力，所述防热层2与所述防热挡板1交错搭接，使所述防热层2与所述防热挡板1的连接处具有较强的抗冲刷能力，同时使所述防热层2与所述防热挡板1共同固化成型后整体性增强，在局部高热流环境下使用，所述防热挡板1满足耐烧蚀和抗冲刷的要求。

本实施例通过在防护结构中设置高密度的防热挡板1，可以使所述防热挡板1具有高抗烧蚀和抗冲刷能力，可在局部高热流环境下使用，满足耐烧蚀、抗冲刷要求，同时所述防热挡板1与四周的所述防热层2交错搭接共同固化成型，使所述防热挡板1与所述防热层2的连接处具有较强的抗冲刷能力，固化后整体性强，并且所述防热层2的密度小于所述防热挡板1的密度，保证了所述防热层2的密度较低，可以降低整个一体化舱段局部热防护结构的总体重量，解决了相关技术中整个舱段热防护结构的总体重量较重，不满足轻量化要求的技术问题。

进一步地，参见图1、图5和图6所示，在一些实施例中，所述防热挡板1包括挡板主体11，所述挡板主体11的四周凸伸出第一翻边结构12，所述第一翻边结构12插入所述防热层2内。本实施例中，所述挡板主体11的四周可以凸伸出多个第一翻边结构12，优先地，多个所述第一翻边结构12可以设置为两个，多个所述第一翻边结构12排列形成锯齿形，多个所述第一翻边结构12与所述防热层2交错搭接，使所述防热挡板1与所述防热层2的连接处抗冲刷能力增强，所述挡板主体11的四周也可以凹陷形成多个第一凹槽，所述防热层2可以伸入多个所述第一凹槽，多个所述第一凹槽与所述防热层2交错搭接，优选地，多个所述第一凹槽可以为两个。

进一步地，参见图1所示，在一些实施例中，所述挡板主体11包括局部凸台13和板面结构14，所述局部凸台13倾斜凸设于所述板面结构14的表面，所述局部凸台13的四周一体连接所述板面结构14，所述板面结构14的四周凸伸出所述第一翻边结构12。本实施例中，所述局部凸台13设置为具有一定高度并倾斜的局部凸台13，所述局部凸台13凸出于所述板面结构14和所述防热层2的表面，所述板面结构14围设于所述局部凸台13的开口，所述防热挡板1位于飞行器局部结构的前方，所述局部凸台13沿气流方向(如图4所示箭头方向为气流方向)挡住飞行器局部凸起结构，有效的保护飞行器局部凸起结构。

进一步地，参见图1所示，在一些实施例中，所述连接机构包括嵌入件4和连接螺钉5，所述嵌入件4嵌入所述防热挡板1内，所述连接螺钉5与所述嵌入件4连接，所述连接螺钉5用于安装至所述舱段承力壳体3。本实施例中，所述嵌入件4采用金属材料，优先地，金属材料可以为碳钢材料，所述嵌入件4嵌入所述防热挡板1的底部，使所述嵌入件4与所述防热挡板1的预固化后整体性增强，所述嵌入件4设置有螺纹孔43，所述螺纹孔43贯穿所述嵌入件4，所述连接螺钉5通过所述螺纹孔43可以螺纹连接所述嵌入件4并安装至所述舱段承力壳体3，使所述一体化舱段局部热防护结构的连接强度提升。

进一步地，参见图1和图2所示，在一些实施例中，所述嵌入件4的两端凸伸出第二翻边结构41，所述第二翻边结构41嵌入所述防热挡板1。本实施例中，所述嵌入件4的两端凸伸出第二翻边结构41，所述第二翻边结构41嵌入所述防热挡板1底部，所述嵌入件4呈T型，所述嵌入件4包括两个固定部和连接部，两个所述固定部之间通过所述连接部连接，所述固定部向外凸伸出两个所述第二翻边结构41，两个所述固定部的厚度均大于所述连接部的厚度，使两个所述固定部与所述连接部连接后，两个所述固定部与所述连接部围成第二凹槽44，所述第二凹槽44可以增加所述嵌入件4与所述防热挡板1的接触面积，使所述嵌入件4与所述防热挡板1的整体性增强，所述固定部和所述连接部均设置有所述螺纹孔43，所述嵌入件4与所述舱段承力壳体3通过所述连接螺钉5螺纹连接，使所述嵌入件4与所述舱段承力壳体3连接强度增强，所述嵌入件4和所述防热挡板1的预固化过程中所述嵌入件4与所述防热挡板1固定连接，使所述嵌入件4与所述防热挡板1的整体性进一步增强。

进一步地，参见图2、图3和图6所示，在一些实施例中，所述嵌入件4的底面向其内部凹陷形成安装槽42，所述安装槽42设置于所述连接部，所述安装槽42内安装有隔热块6，所述隔热块6的表面与所述嵌入件4的底面齐平，所述嵌入件4的底面与所述防热挡板1的表面齐平。本实施例中，所述嵌入件4底面间隔设置多个所述安装槽42，多个所述安装槽42内安装有多个隔热块6，优选地，多个所述安装槽42可以设置为两个，所述隔热块6可以减少所述嵌入件4和所述舱段承力壳体3的接触面积，达到减少所述嵌入件4和所述舱段承力壳体3之间传热的效果，同时所述隔热块6的表面与所述嵌入件4的底面齐平，所述嵌入件4的底面与所述防热挡板1的表面齐平，方便所述防热挡板1与所述舱段承力壳体3的整体安装。

进一步地，参见图1所示，在一些实施例中，所述防热挡板1和所述防热层2均采用石英纤维编织体复合材料，且所述防热挡板1的密度在1.5～1.7g/cm

进一步地，参见图3所示，在一些实施例中，所述隔热块6采用导热率低于0.1W/(m.k)的隔热材料。本实施例中，优选地，所述隔热块6可以采用导热率为0.05W/(m.k)的隔热材料，所述隔热块6采用低导热率材料具有隔热的作用，所述隔热块6可以有效减少所述嵌入件4和所述舱段承力壳体3之间传热。

参见图1所示，本申请实施例还提供了一种飞行器，其包括：舱段承力壳体3以及所述的一体化舱段局部热防护结构，所述的一体化舱段局部热防护结构安装于所述舱段承力壳体3。本实施例中，所述舱段承力壳体3安装于所述一体化舱段局部热防护结构的底部，所述防热层2与所述舱段承力壳体3粘连，所述防热层2的重量大于所述舱段承力壳体3的重量，在飞行过程中所述防热层2有效挤压所述舱段承力壳体3，使所述防热层2与所述舱段承力壳体3连接更紧密，所述舱段承力壳体3可以用于承载所述防热挡板1和所述防热层2。

参见图1-6所示，本申请实施例还提供了一种上述的一体化舱段局部热防护结构的加工方法，所述加工方法包括如下步骤：

步骤1：将连接结构与防热挡板1预固化，使连接结构安装于防热挡板1。

本实施例中，所述连接结构可以包括所述嵌入件4和所述连接螺钉5，所述嵌入件4嵌入所述防热挡板1的底部，所述连接螺钉5与所述嵌入件4螺纹连接，所述嵌入件4和所述防热挡板1预固化，使所述嵌入件4和所述防热挡板1的整体性增强。

步骤2：将防热层2在模具内围设于防热挡板1的四周，且将防热挡板1与防热层2交错搭接，然后将防热挡板1与防热层2共同固化成型。

本实施例中，所述防热挡板1的四周凸伸出多个第一翻边结构12，多个所述第一翻边结构12插入所述防热层2内，优选地，多个所述第一翻边结构12可以设置为两个，多个所述第一翻边结构12设置为锯齿形，所述防热挡板1与所述防热层2交错搭接，使所述防热挡板1与所述防热层2的连接处抗冲刷能力增强，所述防热挡板1与所述防热层2共同固化成型，使所述防热挡板1与所述防热层2整体性增强。

步骤3：将防热层2与舱段承力壳体3套装连接，然后将防热挡板1与舱段承力壳体3通过连接结构连接，形成一体化舱段局部热防护结构。

本实施例中，所述防热挡板1与所述舱段承力壳体3通过所述连接螺钉5螺纹连接，使所述防热挡板1和所述舱段承力壳体3的连接强度提高，所述一体化舱段局部热防护结构在满足局部抗热冲刷的同时总体重量较轻，所述一体化舱段局部热防护结构的加工方法工艺简单，便于批量化生产应用。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。