Многослойный теплозащитный модуль

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ . РЕСПУБЛИК ац В 64G 1/58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАЧИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к Авторскому свидетельству

2 ° (21) 4814704/23 (22) 28.О4.9О (46) 23.10.92. Бюл. М 39 (71) Научно-исследовательский институт механики МГУ им. М.В.Ломоносова (72) В.M.Ïàíôeðîà, В,Н.Кузнецов, П,M.Саеоа, Л.и.ильин, А.В.Алифанов, В.А,Козлов, Е.А.Лапин и Е.Д.Залетова (56) Авторское свидетельство СССР

М 142884, кл. В 64 С 1/40, 1961.

Аэрокосмическая техника, М 9, 1986, с. 52, (54) МНОГОСЛОЙНЫЙ ТЕПЛОЗАЩИТНЫЙ

МОДУЛЬ (57) Изобретение относится к созданию средств теплоизоляции конструкций. рабо Ы 1770216 А1 тающих в условиях высокотемпературных газодинамических потоков. Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности крепления 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, где прогиб пластины 2 имеет минимальную величину и практически не зависит от величины теплового потока. 3 з,п.ф-лы. 4 ил.

1770216

Изобретение относится к авиционной технике и предназначено для создания средств теплоизоляции конструкций, работающих в условиях высокотемпературных газодинамических потоков, напоимер, для теплоВой защиты гиперзВукОВОГО летатель ного аппарата.

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

Панель содержит основание в виде теплоиэолирующего мата и жаропрочную внешнюю пластину. Облицовочный материап 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 температуре 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 нэ внешНИХ повехностях пластин углерод-углеродного материала при изменениях температуры соответствующие температурные напряжения. В результате происходит разрушение этого материала в местах закрепления.

Таким образом, существенным недостатком рассматриваемого способа креплеНИЯ ПЛЭСТИНЫ ЯВЛЯЕТСЯ То, ЧТО НЕ учитывается характер деформации пластины под воздействием изменения температуры.

Другим недостатком известного устройства является то, что при креплении жэрапрочной 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 креnåæными элементами Tåïn03ащитного материала и внешнюю жэропрочну>О пластину, выполненные квадратными, в точках, расположенных на диагоналях пластины нэ

".. 0

Q0 расстоянии S от центра пластины, определяемом из соотношения

0,65 1/2 — h/2 K S K 0,65!/2 + h/2, где 1 — длина диагонали пластины, м;

h — толщина пластины, м. за к реплен ы жэропрачные нити, которые пропущены через сквозные каналы. выполненные в основании под указанными точками, э концы нитей, перекинутых через валики, размещенные у выходных отверстий каналов, соединены в центре поверхности основания прилегающем к обшивке.

Кроме того, узел крепления жаропрачной нити к пластине может быть выполнен в виде графитового шарика, соединенного с нитью и размещенном в коническом отверстии, выполненном в пластине, или в виде сформированного на пластине выступа, входящего so 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 графитового шарика; на фиг. 4 — вариант крепления нитей через пружины растяжения, Модуль содержит основание 1, к которому крепится пластина 2 на основе пирографа, 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 концам через утопленный в основании 1 опорный валик 6 скреплена на противоположной стороне основания 1 с остальными нитями 5.Жарапрочные 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 графитавые шарики 8.

При этом, жаропрачная 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

140Î вЂ” 1600 С. Характер деформации жарапрочнай пластины при этих температурах таков, что имеются узловые точки. в которых

17702(б прогиб пластины мало зависит от величины теплового потока.

Это связано с тем, что в первом прибли>кении прогиб пластины на упругом основании под влиянием теплового потока, кзк установлено, описывается формулой 5 щ, = — . 2 (— 14 (д;-) 1; (() +

2 ЬМт

+ Ь(-Д--) )3g} + c)

Л ° где С вЂ” const;. 10

ЛМт — тепловой изгибающий момент:

2 — коэффициент постели основания;

1(-n — функции Крылова;

e — координата на диагонали, где х = у.

Из анализа приведенной зависимости 15 следует, что выражение в квадратных скобках обращается в нуль в точках (узлах), положение которых не зависит от Мт, т,е, от температуры пластины, а зависит только от

С, то есть î" нагрева основания. Для много- 20 слойного модуля квадратной формы на нем имеется четыре узловых точки, в которых прогиб пластины пра;<тически не зависит от теплового потока, Эти точки находятся на диагоналях пластины и отстоят от центра 25 пластины на расстоянии 0,65 (/2. где (— длина диагонали пластины. С учетом характера деформации и зависимости величины деформации пластины от ее толщины h крепление пластины в узловых точках осу- $0 ществляют нз расстоянии S от центра пластины, определяемом из соотношения:

0,65! /2 — h/2 < S 0,65 (/2 + h/2.

Выход за пределы этого соотношенля приводит либо к увеличению натяжения 35 нитей эа,пределы упругой деформации (при S < 0,65 (/2 — Ь/2}, либо к ослаблению нитей (при S> 0,65 (/2 + h/2) и к возникновению нежелательных колебаний, Поименение валиков, устанавливаемых 40 у выходных отверстий сквозных каналов для подкладки под нить, позволяет исключить разрушение материала основания, являющегося весьма хрупким.

Соединение нитей под центром пласти- 45 ны обеспечивает симметричность нагрузки на все точки, что также повышает недежность крепления.

Проведенные испытания внешнего теплозащитного модуля на плаэмотроне ВГУ вЂ” 50

2 с созданием условий, соотве1ствующих реалt ным, показали его высокую надежность при циклических температурных вîэдейСтвиях

Формула изобретения

1. Многослойный теплозащитный модуль, содержащий соединенные между собой крепежными элементами основание из теплозащитного материала и внешн ою жаропрочную пластину, выполненные квадратными и закрепленные на обшивке клеевым слоем, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности крепление модуля к обшивке, крепежные элементы выполнены в виде жаропрочных нитей. один конец каждой из которых закреплен на внутренней поверхно ти жаропрочной пластины в точках, расположенных на диагоналях пластины на расстоянии S от ее центра, определяемом из соотношения

0.65 I!2 - Я2 5 S 0.65 I/2 + Ь/2 где (— длина диагонали пластины, м; (1 — толщина пластины. м„ при зтам s основании выполнены сквозные каналы B точках, соответствующих точкам крепления нитей нз пластине, у выходных отверстий ко1орых расположены опорные валики, а вторые концы указанных нитей пропущены через каналы и соединены между собой B центре поверхности основания, прилегающей к обшивке.

2. Модуль по и. (. отличающийся тем,что в жаропрочной пластине выполнены конические отверстия в точках, соответствующих точкам выполнения каналов s основании, в которых размещен грзфитовый шарик, соединенный с жаропрочной нитью.

3.Модуль по 1, о т и и ч а ю шийся тем что на внутренней поверхности жаропрочной пластины выполнены выступы, входящие во впадины, выполненные в верхней части каналов основания, причем жаропрочная нить закреплена в выступе.

4. Модуль по и и 1 — 3, а т л и ч а юшийся тем, что концы жаропрочных нитей соединены между собой в центре поверхности основания через пружины растяжения.

Составитель Л. Петрова

Техред M.Моргентал Корректор Л, Филь

Редактор Г. Бельская

Производственно-издательский комбинат "Патент", г Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3706 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5