一种应用于泵压式上面级发动机热控制的隔热组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于航空、航天领域，涉及一种隔热组件，具体涉及一种用于上面级栗 压式发动机热控制的隔热组件。
【背景技术】
[0002] 某栗压式双组元可贮存发动机为上面级提供主动力，上面级要求发动机两次起 动，长时间在轨，发动机长时间在轨的过程中，会遇到不同的问题。
[0003] 发动机在低温工况滑行时，由于长时间朝向真空冷黑背景以及舱内低温部件辐射 散热，含推进剂的部位存在推进剂冻结风险可能导致发动机无法正常起动；
[0004] 发动机在高温工况滑行时，在热反浸与空间外热流影响下，涡轮栗以及其它与热 源连接部件存在高温时段导致结构温度过高，存在密封失效，栗腔及管路内推进剂汽化等 风险；
[0005] 发动机在点火工作时，推力室、发生器、涡轮等高温热源与空间外热流对发动机热 辐射的综合影响存在起动器、气瓶、电气元件等结构温度过高风险，导致发动机无法正常工 作。
[0006] 因此，目前急需针对发动机不同部位及组合件采取合理的包覆措施，在低温工况 滑行时减少热控部件的热量损失；在高温工况滑行以及发动机点火工作时阻挡外热流、涡 轮红外辐射等外部热源的影响；此外包覆措施还要考虑发动机高温工况滑行时对散热途径 的影响。 【实用新型内容】
[0007] 为了解决【背景技术】中遇到的技术问题，本实用新型根据发动机紧凑的安装空间， 热控对象的功能，热控对象的不规则形面设计出了一种在低温工况滑行时减少热控部件的 热量损失；在高温工况滑行以及发动机点火工作时阻挡外热流、涡轮红外辐射等外部热源 的影响的应用于栗压式上面级发动机热控制的隔热组件。
[0008] 本实用新型的技术解决方案为：
[0009] -种应用于栗压式上面级发动机热控制的隔热组件，其改进之处在于：所述隔热 组件包括外包覆层以及多层芯；所述外包覆层的尺寸大于多层芯的尺寸；所述外包覆层将 大于多层芯的部分作为翻边将多层芯包裹；所述隔热组件的外形与待包覆的发动机各个部 件的形状相适配；所述多层芯包括交替设置的N+1层反射层与N层间隔层；所述N彡1。 [0010] 上述反射层选用双面镀铝聚酰亚胺薄膜材料，间隔层选用无碱玻璃纤维网材料； 所述外包覆层选用单面镀铝聚酰压胺薄膜材料。
[0011] 上述外包覆层为薄膜面朝外包覆在多层芯表面或者镀铝面朝外包覆在多层芯表 面；
[0012] 所述外包覆层薄膜面朝外则：外包覆层外表面的太阳吸收率/表面发射率a s/ ε =0. 34/0. 68 ；
[0013] 所述外包覆层镀铝面朝外则：外包覆层外表面的太阳吸收率/表面发射率a s/ ε =0. 12/0. 05〇
[0014] 本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
[0015] 1、本实用新型设计的栗压式上面级发动机热控制的隔热组件，能够在低温工况滑 行时减少热控部件的热量损失，在高温工况滑行以及发动机点火工作时阻挡外热流、涡轮 红外辐射等外部热源的影响。
[0016] 2、本实用新型设计的栗压式上面级发动机热控制的隔热组件，多层芯包括N+1层 反射层与N层间隔层组成，能够适应发动机紧凑的结构空间，并确保对发动机的隔热效果。
[0017] 3、本实用新型设计的栗压式上面级发动机热控制的隔热组件包括多层芯以及外 包覆层：多层芯的反射层选用双面镀铝聚酰亚胺薄膜材料，间隔层选用无碱玻璃纤维网材 料，外包覆层选用单面镀铝聚酰压胺薄膜材料使隔热组件能够适应栗压式发动机的中温、 高温环境。并且包覆形式分为薄膜面朝外包覆在多层芯表面或者镀铝面朝外包覆使其具有 不同表面吸辐比，以获得合适的表面温度以及抵抗紫外辐射。
[0018] 4、本实用新型设计的栗压式上面级发动机热控制的隔热组件，双面镀铝聚酰亚 胺薄膜材料反射层与外包敷层的表面均设置有用于层间放气的小孔，以获得发反射层之间 真空环境，并防止发动机上升过程中隔热组件鼓胀破裂。
[0019] 5、本实用新型设计的栗压式上面级发动机热控制的隔热组件，按照热控对象的复 杂外形与形面，设计相应的隔热组件，安装时贴合热控对象形面包覆，确保热控措施在发动 机上实施的一致性，热控效果的稳定性。
【附图说明】
[0020] 图1是本实用新型的阀门控制器隔热组件外形图。
[0021] 图2是本实用新型的隔热组件组成结构图。
[0022] 图3是图2的局部放大图。
【具体实施方式】
[0023] 一种应用于栗压式上面级发动机热控制的隔热组件，包括多层芯以及包覆在多层 芯外的外包覆层；隔热组件外形与待包覆的发动机各个部件的形状相适配，所述外包覆层 的尺寸大于多层芯的尺寸。
[0024] 其中，多层芯包括N+1层反射层与N层间隔层组成，N彡1优选的是：N取值为9， 以适应发动机紧凑的结构空间，并确保对发动机的隔热效果。
[0025] 需要说明的是：反射层用于反射辐射热，具体定义是：
[0026] 两个无限大的平行平面，若其表面都具有灰体的性质，且其间为真空状态，这两表 面之间的辐射换两为：
[0028] σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，A为辐射换热面积，1\、TjP ε i ε 2分别为两表面的 温度和发射率。
[0029] 在上述两个表面之间，置入一个大小相同的表面，该表面被称为反射层。
[0030] 如果上述三个表面的发射率均相同，即E1= ε 2= ε 3= ε，且有η个反射层，则 传热量：
[0032] 由此可见，反射层的存在令传热量越少，反射层越多隔热效果越好。
[0033] 间隔层用于隔离传导热，其具体定义是：间隔物用于增加反射层间的接触热阻，有 效隔热。
[0034] 为了适应发动机点火工作及关机后"热反浸"阶段出现的中、高温100-400°C使用 温度环境，反射层选用双面镀铝聚酰亚胺薄膜材料，间隔层选用无碱玻璃纤维网材料，外包 覆层选用单面镀铝聚酰压胺薄膜材料。
[0035] 由于双面镀铝聚酰亚胺薄膜材料可以长时间耐300°C，短时间耐400°C高温，因 此，满足反射层选用双面镀铝聚酰亚胺薄膜材料可以满足发动机的中高温使用环境。
[0036] 间隔层选用的无碱玻璃纤维网材料也是由于该材料防火、耐高500-600°C，适应发 动机的中高温使用环境。
[0037] 上述外包覆层为薄膜面朝外包覆在多层芯表面或者镀铝面朝外包覆在多层芯表 面；当外包覆层薄膜面朝外则：表面吸辐比为a s/ ε = 0. 34/0. 68 ;当外包覆层镀铝面朝外 贝丨J :表面吸辐比a s/ ε = 〇· 12/0. 05。
[0038] 为了减少多层芯的层间漏热，外包覆层表面尺寸略大于多层芯，外包覆层通过超 出多层芯的部分作为翻边将多层芯边缘包裹住。
[0039] 为了实现多层芯的层间放气，上述反射层与外包敷层薄膜表面均设置有用于层间 放气的小孔，小孔的孔径为Φ1，孔率为〇. 1%。
[0040] 其中，待包覆的发动机各个部件包括阀门、阀门控制器、控制气瓶、传感器等；因 此，使用时应当设计相应的阀门隔热组件、阀门控制器隔热组件、控制气瓶隔热组件、传感 器隔热组件等，安装时依热控对象形面包覆，确保热控措施在发动机上实施的一致性，热控 效果的稳定性。
[0041] 需要再进行说明的是：在高真空条件下上述隔热组件的当量导热率理论可低至 10 5w/m 〃 C，通过隔热组件包覆，可大大减少热控对象的散热或阻挡外热流，控制热控对象 的温度波动，在其它热控手段辅助下使发动机在轨期间的结构温度满足发动机起动与工作 要求。
[0042] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细描述：
[0043] 图1为应用于栗压式上面级发动机热控制的隔热组件之一阀门控制器隔热组件 的外形图，隔热组件由多层芯1与外包覆层2组成；外包覆层2在多层芯1外包裹制作，通 过翻边3的形式进行包覆，外包覆层2的翻边3宽度为10-12mm左右，以宽度为IOmm的胶 带4连续固定；
[0044] 如图2和图3所示，外包覆层2选用单面镀铝聚酰亚胺薄膜通过薄膜面朝外或者 镀铝面朝外的包裹方式用于获得合适的表面温度以及抵抗紫外辐射，外包覆层2和反射层 5上分别设置有小孔7,小孔8,孔径为Φ I，孔率0.1 %，防止发动机上升过程中隔热组件鼓 胀破裂。多层芯1由N+1层反射层5 (双面镀铝聚酰亚胺薄膜）与N层间隔层6 (无碱玻璃 纤维网）组成。多层芯使用锦丝线以30mm的大针脚按照自然松紧度缝制固定。
[0045] 按照设计尺寸制作隔热组件，能够沿阀门控制器的复杂外形贴合包覆，且确保产 品热控效果的稳定性。
[0046] 通过发动机热平衡试验、发动机真空高模试车验证，采用本实用新型的隔热组件 能够适应发动机使用环境，并达到热控制效果，与其他辅助热控手段共同确保发动机温度 满足使用。
【主权项】
1. 一种应用于栗压式上面级发动机热控制的隔热组件，其特征在于：所述隔热组件包 括外包覆层以及多层芯；所述外包覆层的尺寸大于多层芯的尺寸；所述外包覆层将大于多 层芯的部分作为翻边将多层芯包裹；所述隔热组件的外形与待包覆的发动机各个部件的形 状相适配；所述多层芯包括交替设置的N+1层反射层与N层间隔层；所述N彡1。2. 根据权利要求1所述的一种应用于栗压式上面级发动机热控制的隔热组件，其特征 在于：所述反射层选用双面镀铝聚酰亚胺薄膜材料，间隔层选用无碱玻璃纤维网材料；所 述外包覆层选用单面镀铝聚酰压胺薄膜材料。3. 根据权利要求1或2所述的一种应用于栗压式上面级发动机热控制的隔热组件，其 特征在于：所述外包覆层为薄膜面朝外包覆在多层芯表面或者镀铝面朝外包覆在多层芯表 面； 所述外包覆层薄膜面朝外则：外包覆层外表面的太阳吸收率/表面发射率as/ε = 0. 34/0. 68 ； 所述外包覆层镀铝面朝外则：外包覆层外表面的太阳吸收率/表面发射率as/ε = 0. 12/0. 05〇4. 根据权利要求3所述的一种应用于栗压式上面级发动机热控制的隔热组件，其特征 在于：所述反射层与外包覆层上均设置有用于层间放气的小孔，小孔的孔径为Φ1，孔率为 0· 1%〇
【专利摘要】本实用新型属于航空、航天领域，具体涉及一种用于上面级泵压式发动机热控制的隔热组件。该隔热组件包括外包覆层以及多层芯；外包覆层的尺寸大于多层芯的尺寸；外包覆层将大于多层芯的部分作为翻边将多层芯包裹；隔热组件的外形与待包覆的发动机各个部件的形状相适配；多层芯包括交替设置的N+1层反射层与N层间隔层；其中，N≥1。通过使用本实用新型的隔热组件能够使火箭发动机在低温工况滑行时减少热控部件的热量损失，在高温工况滑行以及发动机点火工作时阻挡外热流、涡轮红外辐射等外部热源的影响。
【IPC分类】F02K9/00, F02K9/95
【公开号】CN205117535
【申请号】CN201520771601
【发明人】赵晓慧, 张敏贵, 杨振业, 黄晓磊, 蒲光荣, 单磊, 孙海雨
【申请人】西安航天动力研究所
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年9月30日