一种用于机翼及舵翼的轻质隔热承力复合结构

本发明属于航空航天航海制造。

背景技术：

1、新一代超高声速飞行器有着极为苛刻的防隔热和减重需求，机翼及舵翼结构不仅要具有强维形能力，还要求内部储油以有效利用空间，降低主机身的油箱尺寸，同时要求其具有良好的防隔热性能。在储油、结构强度和防隔热的共同要求下，机翼及舵翼内部必须有足够强力的支撑结构，支撑结构不能够向内部传热，同时支撑结构还要轻量化。目前舵翼的主要支撑结构包括：1、片状加强筋；2、支撑柱；3蜂窝结构等，这些结构多采用焊接等方式与外层蒙皮相连接，都存在热短路情况，能够保证强度，但是防隔热性能不佳。

2、对于飞行器的机翼及舵翼结构内层与外层采用支撑柱连接方式时，现有连接方式一般采用接触连接的方式，会形成较为明显的热短路现象，难以起到隔热的效果。若采用隔热瓦进行内外层无热短路的连接与热防护，所需隔热空间进一步增加，减少了有效储油空间的同时，难以承载弯矩等应力，还可能使整体重量超重。采用传统多层隔热材料如泡沫塑料等内外层无热短路连接与热防护，真空环境下可以保持极低的热导率，但是完全不能承载应力，不能起到连接的效果。因此这种“防热-承受载荷-无热短路连接”的隔热承力管结构的设计迫切需要开展进一步的创新。

技术实现思路

1、本发明要解决现有隔热承力管结构无法同时满足防热、承受载荷及无热短路连接的问题，进而提供一种用于机翼及舵翼的轻质隔热承力复合结构。

2、一种用于机翼及舵翼的轻质隔热承力复合结构，它由芯层管、环层管、承力底座、隔热夹层、外层金属管及内层金属管组成；

3、内层金属管外周向的中部套有芯层管，芯层管外周向的中部套有环层管，环层管外周向的中部套有外层金属管；所述的芯层管与环层管高度相同，芯层管与环层管之间设置承力底座及隔热夹层；

4、所述的承力底座由顶部承力底座及底部承力底座组成，顶部承力底座及底部承力底座分别位于隔热夹层上下两端，且顶部承力底座及底部承力底座分别与芯层管及环层管的上下端面平齐。

5、本发明的有益效果是：

6、本发明用于机翼及舵翼的轻质隔热承力复合结构可以满足外层金属管及内层金属管在复杂高温环境服役状态下，没有因为热影响而导致的形变；同时，可以较好的满足外层金属管及内层金属管的应力传递，使整体结构获得更好的强度和刚度，保持较优异的整体性能。

7、本发明用于机翼及舵翼的轻质隔热承力复合结构可以有效的实现了内层金属管低温与外层金属管、内层金属管高温与外层金属管低温之间的完全隔绝，不需要进行外加隔热瓦等其他的热防护措施，进而达到减重、耐高温、防隔热及高强度的需求。

8、本发明通过将多种材料和结构特点进行优势组合，形成复合夹层设计，不同层材料满足不同功能需求，同时将不同组元合理的一体化结构，实现隔热承力管结构的轻量化、耐热、防隔热和承载应力结构设计和制造。

技术特征：

1.一种用于机翼及舵翼的轻质隔热承力复合结构，其特征在于它由芯层管(1)、环层管(2)、承力底座、隔热夹层(4)、外层金属管(5)及内层金属管(6)组成；

2.根据权利要求1所述的一种用于机翼及舵翼结构的轻质隔热承力复合结构，其特征在于所述的芯层管(1)与环层管(2)的材料为耐高温钛合金、高温合金或钛铝金属间化合物；承力底座的材质为高温耐火隔热砖；隔热夹层(4)的材质为气凝胶、水凝胶或隔热粘；所述的外层金属管(5)的材料为轻质铝合金；所述的内层金属管(6)的材料为高温ti合金或ti基合金。

3.根据权利要求1所述的一种用于机翼及舵翼结构的轻质隔热承力复合结构，其特征在于所述的环层管(2)与外层金属管(5)采用榫卯结构嵌合连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于机翼及舵翼结构的轻质隔热承力复合结构，其特征在于所述的芯层管(1)及环层管(2)的形状为直柱形、锥形、弯曲形、鼓肚形或灯笼形。

5.根据权利要求1所述的一种用于机翼及舵翼结构的轻质隔热承力复合结构，其特征在于所述的外层金属管(5)及内层金属管(6)的形状为直柱形，截面为方形、三角形、五边形、圆形或椭圆形；所述的外层金属管(5)与内层金属管(6)的中心轴线相同；所述的外层金属管(5)与内层金属管(6)的中心轴线与机翼或舵翼中空骨架结构下表面的夹角为10°～90°。

6.根据权利要求1所述的一种用于机翼及舵翼结构的轻质隔热承力复合结构，其特征在于所述的芯层管(1)与环层管(2)的高度为内层金属管(6)高度的50％～75％。

7.根据权利要求1所述的一种用于机翼及舵翼结构的轻质隔热承力复合结构，其特征在于所述的顶部承力底座(31)及底部承力底座(32)的高度均为内层金属管(6)高度的4％～21％。

8.根据权利要求1所述的一种用于机翼及舵翼结构的轻质隔热承力复合结构，其特征在于所述的顶部承力底座(31)的下表面与外层金属管(5)上表面之间的垂直距离为内层金属管(6)高度的6％～20％；所述的底部承力底座(32)的上表面与外层金属管(5)下表面之间的垂直距离为内层金属管(6)高度的6％～20％。

9.根据权利要求1所述的一种用于机翼及舵翼结构的轻质隔热承力复合结构，其特征在于所述的芯层管(1)与环层管(2)的厚度相等，均为1mm～3mm；所述的承力底座及隔热夹层(4)的厚度相等，均为5mm～50mm；所述的外层金属管(5)的厚度为1mm～3mm。

10.根据权利要求1所述的一种用于机翼及舵翼结构的轻质隔热承力复合结构，其特征在于所述的顶部承力底座(31)及底部承力底座(32)与隔热层(4)、芯层管(1)、环层管(2)固定连接形成一体结构。

技术总结
一种用于机翼及舵翼的轻质隔热承力复合结构，本发明属于航空航天航海制造技术领域。解决现有隔热承力管结构无法同时满足防热、承受载荷及无热短路连接的问题。结构：内层金属管外周向的中部套有芯层管，芯层管外周向的中部套有环层管，环层管外周向的中部套有外层金属管；芯层管与环层管之间设置承力底座及隔热夹层。本发明用于机翼及舵翼的轻质隔热承力复合结构。

技术研发人员：邵斌,高晨曦,宗影影,李建伟,郭晓琳,陈平,秦中环,单德彬,郭斌
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15