Многослойный теплозащитный модуль Советский патент 1992 года по МПК B64G1/58 

сл

с

Изобретение относится к созданию средств теплоизоляции конструкций, работающих в условиях высокотемпературных газодинамических потоков. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности креплений модуля к обшивке. Модуль состоит из основания 1, на котором крепится жаропрочная пирографитовая пластина 2. Пластина 2 крепится с помощью нитей 5, пропущенных через каналы 4 в основании 1. Места расположения узлов 3 крепления выбирают с учетом характера деформации пластины 2 в тех местах, гре прогиб пластины 2 имеет минимальную величину и практически не зависит от величины теплового потока. 3 з.п.ф-лы. 4 ил.

ч

v4 О ГО

СЬ

Фиг.1

Изобретение относится к авиционной технике и предназначено дня созданий средств теплоизоляции конструкций, работающих в условиях высокотемпературных газодинамических потоков, например, для тепловой защиты гиперзвукового летательного аппарата.

Известна теплозащитная многослойная панель, используемая в качестве внешнего теплового экрана, изолирующего летательный аппарат от воздействия высокотемпературного газового потока (1).

Панель содержит основание в виде теплоизолирующего мата и жаропрочную внешнюю пластину. Облицовочный материал крепится на теплоизолирующий мат с помощью клеев. Крепление внешнего слоя осуществляется в известной конструции с помощью клея, что не обеспечивает надежного крепления внешнего слоя, т.к. при рассматриваемой температура выше 1100° С клей теряет свои свойства.

Наиболее близкой по технической сути и достигаемому результату является конструкция теплоизоляционных панелей для космического летательного аппарата многоразового использования Спейс Шаттл (2). Панели теплозащиты крепятся на обшивку с помощью многоэлементного крепления,

Однако, использование жесткого многоэлементного крепления создает на внешнихповехностяхпластинуглерод-углеродного материала при изменениях температуры соответствующие температурные напряжения. В результате происходит разрушение этого материала s местах закрепления.

Таким образом, существенным недостатком рассматриваемого способа крепления пластины является то, что не учитывается характер деформации пластины под воздействием изменения температуры.

Другим недостатком известного устройства является то. что при креплении жаропрочной пластины не учитывается характер деформации пластины, при которой имеются узловые точки, в которых величина прогиба незначительна.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности крепления модуля к обшивке.

Поставленная цель достигается тем, что в многослойном теплозащитном модуле, содержащем соединенные между собой крепежными элементами теплозащитного материала м внешнюю жаропрочную пластину, выполненные квадратными, в точках, расположенных на диагоналях пластины на

расстоянии S от центра пластины, определяемом из соотношения

0,65 I/2 - h/2 S S 5 0,65 I/2 + h/2, где S - длина диагонали пластины, м;

h - толщина пластины, м.

закреплены жаропрочные нити, которые пропущены через сквозные каналы, выпол- меккые в основании под указанными точками, а концы нитей, перекинутых через

валики, размещенные у выходных отверстий каналов, соединены в центре поверхности основания прилегающем к обшивке. Кроме того, узел крепления жаропрочной нити к пластине может быть выполнен

в виде графитового шарика, соединенного с нитью и размещенном в коническом отверстии, выполненном s пластине, или в виде сформированного на пластине выступа, входящего во впадину, выпоненной в верхней

части канала.

Кроме того, концы жаропрочных нитей соединены между собой через пружины растяжения.

На фиг, 1 приведен общий вид модуля с

элементом крепления; на фиг. 2 - вид модуля снизу; на фиг, 3 - вариант крепления жаропрочной пластины с помощью графито- ЕОГО шарика; на фиг. А - вариант крепления нитей через пружины растяжения,

Модуль содержит основание 1, к которому крепится пластина 2 на основе пирогра- фа, пропитанного карбидом кремния, с выступами 3. В месте расположения выступа 3 в основании 1 выполнен канал 4, через

который проходит жаропрочная нить 5, которая одним концом крепится к выступу 3 пластины 2, а другим концом через утопленный в основании 1 опорный валик 6 скреплена на противоположной стороне

основания 1 с остальными нитями Б.Жароп- рочные нити могут быть выполнены из углерода или тугоплавкого металла (платина и т.д.).

При технологической сложности изготовления выступов 3 на пластине 2, крепление пластины может быть осуществлено так. как это показано на фиг. 3, где в пластине 2 выполняются конические отверстия 7, в которые вставляются графитовые шарики 8.

При этом, жаропрочная нить 5 крепится одним концом к шарику 8, а другим так же, как в предыдущем варианте,или через пружины растяжения 9.

При воздействии высокотемпературных

газодинамических потоков температура поверхности летательного аппарата достигает 1400-1600° С. Характер деформации жаропрочной пластины при этих температурах таков, что имеются узловые точки, в которых

прогиб пластины мало зависит от величины теплового потока.

Это связано с тем. что в первом приближении прогиб пластины на упругом основании под влиянием теплового потока, как установлено, описывается формулой

)-11(0 +

+ Ь(-)ВД+с)

где С - const:

ЛМТ - тепловой изгибающий момент: Я- коэффициент постели основания;

Ii-/i - функции Крылова:

Ј - координата на диагонали, где х у.

Из анализа приведенной зависимости следует, что выражение в квадратных скобках обращается в нуль в точках (узлах), положение которых не зависит от Мт, т.е. от температурь пластины, а зависит только от С, то есть от нагрева основания. Для многослойного модуля квадратной формы на нем имеется четыре узловых точки, в которых прогиб пластины практически не зависит от теплового потока. Эти точки находятся на диагоналях пластины и отстоят от центра пластины на расстоянии 0,65 /2. где I - длина диагонали пластины. С учетом характера деформации и зависимости величины деформации пластины от ее толщины h крепление пластины в узловых точках осуществляют на расстоянии S от центра пластины, определяемом из соотношения:

0,65 1/2 - h/2 S 0,65 1/2 + h/2.

Выход за пределы этого соотношения приводит либо к увеличению натяжения нитей за.пределы упругой деформации ( при S 0,65 1/2 - h/2), либо к ослаблению нитей ( при S 0,65 1/2 + h/2) и к возникновению нежелательных колебаний.

Применение валиков, устанавливаемых у выходных отверстий сквозных каналов для подкладки под нить, позволяет исключить разрушение материала основания, являющегося весьма хрупким.

Соединение нитей под центром пластины обеспечивает симметричность нагрузки на всё точки, что также повышает недеж- ность крепления.

Проведенные испытания внешнего теплозащитного модуля на плазмотроне ВГУ 2 с созданием условий, соответствующих реальным, показали его высокую надежность при циклических температурных ооз- действиях

Фор мула изобретения

крепежные элементы выполнены в виде жаропрочных нитей, один конец каждой из которых закреплен на внутренней поверхности жаропрочной пластины е точках, расположенных нэ диагоналях пластины на расстоянии S от ее центра, определяемом из соотношения

0.65 I/2 - h/2 S 0.65 I/2 + h/2. где - длина диагонали пластины, м; h - толщина пластины, м.,

при этом в основании выполнены сквозные каналы в точках, соответствующих точкам крепления нитей нэ пластине, у выходных отверстий которых расположены опорные валики, а вторые концы указанных нитей

пропущены через каналы и соединены между собой в центре поверхности основания, прилегающей к обшивке.

конические отверстия в точках, соответствующих точкам выполнения каналов в основании, в которых размещен графитовый шарик, соединенный с жаропрочной нитью. 3.Модуль по 1,отличающийся тем

что на внутренней поверхности жаропрочной пластины выполнены выступы, входящие во впадины, выполненные в верхней части каналов основания, причем жаропрочная нить закреплена в выступе.

/

Фиг. 2

Фиг.З

-5 6