一种飞行器高温管道轻质隔热结构

本技术属于高温管道隔热，具体的说，是涉及一种用于飞行器高温管道的隔热结构。

背景技术：

1、在航空航天领域的各类飞行器中，通常均包含大量的高温管道，如高温引气管道等，用于输送来自发动机的高温高压气体。这些高温管道在工作中要承受高温高压气流与热胀冷缩交变载荷的不断冲击。特别是现代高超声速飞行器，机动性强、马赫数增加，长时飞行，造成管道温度上限大幅提升，温域变宽(500～1500℃)，因此亟需开发轻质、长时的超高温隔热结构。

技术实现思路

1、本实用新型旨在解决飞行器中高温管道隔热的相关技术问题，提供了一种飞行器高温管道轻质隔热结构，具有轻质、可靠、长时超高温隔热等特点。

2、为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下的技术方案予以实现：

3、本实用新型提供了一种飞行器高温管道轻质隔热结构，包括由内而外依次设置在高温管道外部的石墨纸层、碳气凝胶层、碳化硅纤维气凝胶毡层、二氧化硅气凝胶保温毡层、保护层；所述石墨纸层与所述碳气凝胶层之间通过第一含硼酚醛树脂粘合层固定连接，所述碳气凝胶层与所述碳化硅纤维气凝胶毡层之间通过第二含硼酚醛树脂粘合层固定连接，所述碳化硅纤维气凝胶毡层与所述二氧化硅气凝胶保温毡层之间通过陶瓷先驱体粘合层固定连接，所述二氧化硅气凝胶保温毡层与所述保护层之间通过磷酸铝层固定连接；

4、所述高温管道外壁连接有金属螺杆，所述金属螺杆由所述高温管道起始依次贯穿所述石墨纸层、所述第一含硼酚醛树脂粘合层、所述碳气凝胶层、所述第二含硼酚醛树脂粘合层、所述碳化硅纤维气凝胶毡层、所述陶瓷先驱体粘合层和二氧化硅气凝胶保温毡层，且不贯穿所述保护层。

5、进一步地，所述石墨纸层通过陶瓷先驱体粘结剂与所述高温管道粘接。

6、进一步地，所述石墨纸层的厚度为0.2-0.5mm。

7、进一步地，所述碳气凝胶层、所述碳化硅纤维气凝胶毡层、所述二氧化硅气凝胶保温毡层的厚度均为2-5mm。

8、进一步地，所述保护层的厚度为2-3mm。

9、进一步地，所述保护层采用岩棉毡或玻璃纤维毡。

10、进一步地，所述金属螺杆由与高温管道相同的材质制成，其外部设置有螺纹结构。

11、进一步地，所述金属螺杆通过聚硅氮烷与所述高温管道粘接。

12、进一步地，所述高温管道外部设置多组所述金属螺杆，多组所述金属螺杆在所述高温管道的轴向上等间距的间隔设置，每组的多根所述金属螺杆同平面设置且径向均布。

13、本实用新型的有益效果是：

14、本实用新型的飞行器高温管道轻质隔热结构，根据高温管道及其由内而外的温度梯度设置不同的隔热功能层，石墨纸层和碳气凝胶层能够提高超高温下热辐射反射效果，进而提高超高温隔热性能；碳化硅纤维气凝胶毡层能够提高超高温下热传导和热对流隔热效果；在上述三层对超高温热辐射、热对流和热辐射的超强阻隔作用的基础上，二氧化硅气凝胶保温毡层能够起到很好的隔热效果。

15、在高温隔热多层结构中，层间粘合至关重要，本实用新型根据不同特性的功能层选取结构相似的层间粘结剂以提高层间结合力。高温段的粘合剂在使用过程中会发生碳化和陶瓷化转变从而进一步收紧隔热结构，使隔热结构紧密包裹在管道表面。

16、与此同时，本实用新型采用的碳气凝胶层、碳化硅纤维气凝胶毡层、二氧化硅气凝胶保温毡层均为气凝胶体系，利用气凝胶材料的超级隔热能力，使得隔热结构在较低的厚度下就能实现较高的隔热效果，隔热效率高，并且具有轻质耐久化的特点，适用于航空航天等领域对结构重量系数、有效载荷的严格要求。

17、本实用新型在高温管道外壁粘接金属螺杆，该金属螺杆贯穿除保护层以外的各层，不仅能够限定各层位置，还能够作为隔热结构受热收缩的观测点和加固点。当隔热结构受热收缩后，金属螺杆与隔热结构间会出现空隙，可以在后期使用维护中通过依次注入含硼酚醛树脂、陶瓷先驱体粘合剂和磷酸铝，进一步提升隔热效果。

技术特征：

1.一种飞行器高温管道轻质隔热结构，其特征在于，包括由内而外依次设置在高温管道外部的石墨纸层、碳气凝胶层、碳化硅纤维气凝胶毡层、二氧化硅气凝胶保温毡层、保护层；所述石墨纸层与所述碳气凝胶层之间通过第一含硼酚醛树脂粘合层固定连接，所述碳气凝胶层与所述碳化硅纤维气凝胶毡层之间通过第二含硼酚醛树脂粘合层固定连接，所述碳化硅纤维气凝胶毡层与所述二氧化硅气凝胶保温毡层之间通过陶瓷先驱体粘合层固定连接，所述二氧化硅气凝胶保温毡层与所述保护层之间通过磷酸铝层固定连接；

2.根据权利要求1所述的一种飞行器高温管道轻质隔热结构，其特征在于，所述石墨纸层通过陶瓷先驱体粘结剂与所述高温管道粘接。

3.根据权利要求1所述的一种飞行器高温管道轻质隔热结构，其特征在于，所述石墨纸层的厚度为0.2-0.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种飞行器高温管道轻质隔热结构，其特征在于，所述碳气凝胶层、所述碳化硅纤维气凝胶毡层、所述二氧化硅气凝胶保温毡层的厚度均为2-5mm。

5.根据权利要求1所述的一种飞行器高温管道轻质隔热结构，其特征在于，所述保护层的厚度为2-3mm。

6.根据权利要求1所述的一种飞行器高温管道轻质隔热结构，其特征在于，所述保护层采用岩棉毡或玻璃纤维毡。

7.根据权利要求1所述的一种飞行器高温管道轻质隔热结构，其特征在于，所述金属螺杆由与高温管道相同的材质制成，其外部设置有螺纹结构。

8.根据权利要求1所述的一种飞行器高温管道轻质隔热结构，其特征在于，所述金属螺杆通过聚硅氮烷与所述高温管道粘接。

9.根据权利要求1所述的一种飞行器高温管道轻质隔热结构，其特征在于，所述高温管道外部设置多组所述金属螺杆，多组所述金属螺杆在所述高温管道的轴向上等间距的间隔设置，每组的多根所述金属螺杆同平面设置且径向均布。

技术总结
本技术属于高温管道隔热技术领域，公开了一种飞行器高温管道轻质隔热结构，在高温管道外部由内到外设置有石墨纸层、碳气凝胶层、碳化硅纤维气凝胶毡层、二氧化硅气凝胶保温毡层、保护层，层间依次设置有第一含硼酚醛树脂粘合层、第二含硼酚醛树脂粘合层、陶瓷先驱体粘合层、磷酸铝粘合层，通过五个不同功能层和四个层间粘合设计，实现超高温高效隔热。并且，高温管道外部连接有金属螺杆，用于后续隔热结构定位、热收缩观测与隔热结构强化。本技术具有轻质、可靠、长时超高温隔热等特点。

技术研发人员：刘洪丽
受保护的技术使用者：中国民航大学
技术研发日：20221018
技术公布日：2024/1/12