一种基于弹簧减振结构的耐高温层合板的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于弹簧减振结构的耐高温层合板，包括保护层（1）、隔热层（2）、结构层（3），其主要特点为：还包括一个弹簧减振结构（4）；所述的弹簧减振结构（4）设置在所述的保护层（1）下面，并被嵌套在所述的隔热层（2）和结构层（3）之间；所述的弹簧减振结构（4）包括一个圆柱形弹簧（8）和一个套在所述的圆柱形弹簧（8）外的钢丝网垫（6）；一个沉头螺钉（11）由上向下穿过所述的保护层（1）后伸入所述的圆柱形弹簧（8）内；一个螺栓（7）由下向上穿入所述的圆柱形弹簧（8）内。本实用新型的优点是：可有效降低飞行器承力结构在不均匀温度下产生的热应力；有良好的隔振、减振效果；结构简单、易于维护，成本低。
【专利说明】一种基于弹簧减振结构的耐高温层合板
【技术领域】
[0001]本实用新型属于航空航天【技术领域】，涉及一种应用于高温环境下高速飞行器中的耐高温层合板，特别是一种基于弹簧减振结构的耐高温层合板。
【背景技术】
[0002]高超声速飞行器在出入大气层或持续在空间飞行时，将承受巨大的气动力和气动热。采用完全的热结构就可以避免因结构烧蚀或失效而无法胜任其所承担的飞行任务，也可避免采用热防护增加飞行器的重量。气动热能使结构材料的力学性能降低，作用应力减少以致发生蠕变；而热结构部件之间的相互约束，在热载荷作用下，又会在结构中产生应力从而使变形加剧并造成翘曲和蠕变特性的变化。目前的高速飞行器表面结构不能同时实现隔热、减振、降低温度梯度引起的热应力的功能，而且结构复杂，装拆工序复杂，可靠性低。针对此类问题，多年来国内外研宄者们一直期待能寻找更多新型结构连接形式以消除高温环境下飞行器热结构中的热应力。
[0003]中国《宇航学报》2008.9，Vol.29，N0.5，1698-1683的“高温合金热防护系统设计与分析[J]”公开了一种高温合金蜂窝夹芯结构。该技术的内部面板采用钛合金蜂窝结构，中间隔热层采用低热导率的纤维隔热材料，内外金属蜂窝面板通过连接通道焊接在一起；承受气动压力时，金属连接通道起载荷传递的作用。金属紧固件穿过连接通道底部，将金属热防护板与机体结构连接在一起。连接通道空腔中填充低热导率的隔热纤维，以减少通过金属连接件进入机体结构的热量。通道盖由耐高温合金材料制成，用于密封上面板，防止高温气体直接进入底层结构。用金属箔片制成的柔性弯曲侧面封闭在金属热防护板的四周，阻止板间缝隙的辐射换热。该技术的缺陷是:其金属热防护结构只具备隔热的作用，其它功能如隔振、减振等功能未作考虑:当“外面板”受热会产生热变形，而内层结构因成功隔热却不会发生相应的热变形，当“连接件”与“紧固件”为适应上下层连接点的位置变化而产生弯曲时，造成了下层“内面板”与“机体结构”的热应力；无法降低振动水平；不能单独拆卸，给维修、检查和更换带来不便，结构全寿命周期成本高。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提出一种能够隔热、减振、减少温度梯度引起的热应力，结构简单、易于维护的基于弹簧减振结构的耐高温层合板。
[0005]为实现上述发明目的，本实用新型采用以下技术方案:一种基于弹簧减振结构的耐高温层合板，包括上层的保护层、中间的隔热层、下层的结构层，其特征在于:还包括一个弹簧减振结构；所述的弹簧减振结构设置在所述的保护层下面，并被嵌套在所述的隔热层和结构层之间；所述的弹簧减振结构包括一个圆柱形弹簧和一个套在所述的圆柱形弹簧外的钢丝网垫；一个沉头螺钉由上向下穿过所述的保护层后伸入所述的圆柱形弹簧内；一个螺栓由下向上穿入所述的圆柱形弹簧内。
[0006]所述的弹簧减振结构的沉头螺钉和圆柱形弹簧之间设置有一个螺母:所述的螺母的外表面与所述的圆柱形弹簧的上段进行螺纹配合，其下端面与所述的螺栓的上端面相接触。
[0007]所述的螺栓具有一个环形凹槽；所述的圆柱形弹簧的下段沿螺栓外螺纹旋进所述的环形凹槽底部。
[0008]所述的弹簧减振结构的钢丝网垫与所述的隔热层、结构层之间设有间隙。
[0009]所述的层合板包括至少四个所述的弹簧减振结构，分别设置于层合板的四个边角处。
[0010]本实用新型的有益效果和优点是:(I)能够有效地隔离气动加热的热量传递至飞行器承力结构。(2)以弹簧与高阻尼钢丝网垫作为纵向隔振、减振原件，具有针对各方向的动载荷的隔振、减振效果，可降低外表面气动动载荷引起的飞行器承力结构振动响应。(3)通过弹簧元件提供的较大横向柔性来降低或消除下层结构由于上下层板之间温度不均匀产生的热载荷，从而避免飞行器承力结构因温度不均匀而产生热应力。(4)结构简单、易于安装维护，成本低。
[0011]下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是现有技术“一种高温合金蜂窝夹芯结构层板”的结构剖面图。
[0013]图2是本实用新型一种基于弹簧减振结构的耐高温层合板的剖面结构图。
[0014]图3-1、3-2、3_3分别是图2所示本实用新型弹簧减振结构的螺母的主视图、右视图、俯视图。
[0015]图4-1、4-2、4_3分别是图2所示本实用新型弹簧减振结构的钢丝网垫的主视图、右视图、俯视图。
[0016]图5-1、5-2、5_3分别是图2所示本实用新型弹簧减振结构的螺栓的主视图、右视图、俯视图。
[0017]图6-1、6-2、6_3分别是图2所示本实用新型所述的弹簧减振结构的圆柱形弹簧的主视图、右视图、俯视图。
[0018]其中，I保护层，11沉头螺钉，2隔热层，3结构层，4弹簧减振结构，5螺母，6钢丝网垫，7螺栓，71环形凹槽，8圆柱形弹簧，9间隙。
【具体实施方式】
[0019]本实用新型所述的一种基于弹簧减振结构的耐高温层合板，包括上层的保护层
(I)、中间的隔热层(2)、下层的结构层(3)，其特征在于:还包括一个弹簧减振结构(4);所述的弹簧减振结构(4)设置在所述的保护层(I)下面，并被嵌套在所述的隔热层(2)和结构层(3)之间；所述的弹簧减振结构(4)包括一个圆柱形弹簧(8)和一个套在所述的圆柱形弹簧(8)外的钢丝网垫(6);—个沉头螺钉(11)由上向下穿过所述的保护层(I)后伸入所述的圆柱形弹簧(8)内；一个螺栓(7)由下向上穿入所述的圆柱形弹簧(8)内。
[0020]所述的弹簧减振结构(4)的沉头螺钉(11)和圆柱形弹簧(8)之间设置有一个螺母(5):所述的螺母(5)的外表面与所述的圆柱形弹簧(8)的上段进行螺纹配合，其下端面与所述的螺栓(7)的上端面相接触。
[0021]所述的螺栓(7)具有一个环形凹槽(71);所述的圆柱形弹簧(8)的下段沿螺栓
(7)外螺纹旋进所述的环形凹槽(71)底部。
[0022]所述的弹簧减振结构⑷的钢丝网垫(6)与所述的隔热层(2)、结构层(3)之间设有间隙(9)。
[0023]所述的层合板包括至少四个所述的弹簧减振结构(4)，分别设置于层合板的四个边角处。在实际使用中，层合板尺寸不受限制，建议的单板尺寸为300mmX300mm。另外，可依据层板所受载荷大小来确定所采用的弹簧减振结构(4)的数量与密度。
[0024]本实用新型所述的一种基于弹簧减振结构的耐高温层合板的工作原理为:当保护层(I)承受热应力或其它板面内横向载荷时，由于圆柱形弹簧(8)可提供较大的横向柔性，因此可以较小的应力代价实现较大的保护层(I)与结构层(3)的变形差，有效控制上下层面温度差引起的热应力；当层合板上层的保护层(I)承受垂直板面拉压载荷时，圆柱形弹簧(8)与钢丝网垫(6)两者或一个起作用，从而有效传递静力；另外，钢丝网垫具有较好的减振、隔振作用，其中特别是钢丝网垫发生变形会导致网垫内的金属细丝之间相互摩擦，从而起到明显的阻尼减振作用。
[0025]本实用新型的制造与装配过程如下:
[0026]钢丝网垫采用高阻尼的金属丝制成。本例采用N1-Cr-Ti不锈钢金属丝编织成特定目数的金属丝网，建议金属丝直径范围为Φ0.05mm至Φ2πιπι，目数不大于100 ;将金属网折叠成带，排列铺放，得到钢丝网垫坯料；将坏料放入相应的模具中，在1KN — 40KN压力下低速成型制成钢丝网垫。
[0027]在结构层(3)圆孔内，放入螺栓(7)的螺柱部分，并保证螺栓(7)与结构层(3)相接触。
[0028]将圆柱形弹簧(8)沿螺栓(7)螺柱的外螺纹旋进至螺栓(7)的环形凹槽(71)底部，再将螺母(5)旋进圆柱形弹簧(8)内，并保证弹簧(8)与螺母(5)外螺纹契合，且弹簧
(8)顶端与螺母(5)顶端处于同一平面。
[0029]将钢丝网垫(6)套装在圆柱形弹簧⑶夕卜，其下端落入螺栓(7)的环形凹槽(71)底部。
[0030]然后，先将隔热层⑵套装在钢丝网垫(6)夕卜，再盖上保护层(11)。
[0031]将沉头螺钉(11)拧进螺母(5)内，并保证沉头螺钉(11)上表面与保护层(11)处于同一平面。至此，本实用新型所述的层合板装配完成。
【权利要求】
1.一种基于弹簧减振结构的耐高温层合板，包括上层的保护层中间的隔热层(2^下层的结构层(3),其特征在于:还包括一个弹簧减振结构(4)；所述的弹簧减振结构(4)设置在所述的保护层(1)下面，并被嵌套在所述的隔热层(2)和结构层(3)之间；所述的弹簧减振结构(4)包括一个圆柱形弹簧(8)和一个套在所述的圆柱形弹簧(8)外的钢丝网垫(6)；—个沉头螺钉(11)由上向下穿过所述的保护层(1)后伸入所述的圆柱形弹簧(8)内；一个螺栓⑵由下向上穿入所述的圆柱形弹簧⑶内。
2.根据权利要求1所述的一种基于弹簧减振结构的耐高温层合板，其特征在于:所述的弹簧减振结构(4)的沉头螺钉(11)和圆柱形弹簧(8)之间设置有一个螺母(5):所述的螺母(5)的外表面与所述的圆柱形弹簧(8)的上段进行螺纹配合，其下端面与所述的螺栓(7)的上端面相接触。
3.根据权利要求1所述的一种基于弹簧减振结构的耐高温层合板，其特征在于:所述的螺栓(7)具有一个环形凹槽(71)；所述的圆柱形弹簧(8)的下段沿螺栓(7)外螺纹旋进所述的环形凹槽(71)底部。
4.根据权利要求1所述的一种基于弹簧减振结构的耐高温层合板，其特征在于:所述的弹簧减振结构(4)的钢丝网垫(6)与所述的隔热层(2^结构层(3)之间设有间隙(9)。
5.根据权利要求1所述的一种基于弹簧减振结构的耐高温层合板，其特征是:所述的层合板包括至少四个所述的弹簧减振结构(4)，分别设置于层合板的四个边角处。
【文档编号】F16S1/00GK204227016SQ201420502272
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】王轲, 周莹 申请人:南京航空航天大学