Летательный аппарат, содержащий теплозащитный компонент

Летательный аппарат (10) содержит теплозащитный компонент (12), состоящий из нанопористого полимерного аэрогеля без наружной оболочки, в пористой структуре которого поры открыты с обеспечением, в процессе полета летательного аппарата (10), соответствия давления в порах теплозащитного компонента (12) окружающему давлению на высоте полета летательного аппарата (10). Способ функционирования летательного аппарата (10) характеризуется использованием теплозащитного компонента (12). Группа изобретений направлена на оптимизацию по массе. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к летательному аппарату, содержащему теплозащитный компонент, а также к способу функционирования такого аппарата.

Уровень техники

Летательный аппарат, пригодный для работы на очень больших высотах (например выше 15000 м), необходимо оборудовать легкими теплоизолирующими компонентами, которые, отвечая требованиям экономии пространства для их установки, в то же время весьма эффективно обеспечивают защиту частей, чувствительных к температуре, от низких температур, на очень больших высотах достигающих -90°С (к таким частям относится, например, электроника, используемая в различных устройствах бортового радиоэлектронного оборудования). В настоящее время в функционирующих высотных псевдоспутниках (High Altitude Psevdo Satellites, HAPS) применяют вспененные изолирующие компоненты из полистирола или другого подобного полимера, отражающую фольгу различного типа или панели, обеспечивающие вакуумную изоляцию и заполненные гранулами (например гранулами аэрогеля).

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании летательного аппарата, который снабжен теплозащитным компонентом, оптимизированным как по массе, так и по техническим характеристикам. Другой задачей изобретения является разработка способа функционирования такого аппарата.

Поставленные задачи решены посредством летательного аппарата и способа его функционирования, признаки которых приведены соответственно в п. 1 и п. 7 формулы изобретения.

Предлагаемый летательный аппарат снабжен по меньшей мере одним теплозащитным компонентом, состоящим из нанопористого материала. В структуре данного материала поры открыты, так что, когда аппарат находится в полете, давление в порах теплозащитного компонента соответствует окружающему давлению на высоте полета аппарата.

Теплопроводность в воздухе при нормальном атмосферном давлении на уровне моря задается, главным образом, конвекцией; однако, при более низких давлениях повышает свой вклад такой механизм теплообмена, как тепловое излучение. В суммарной теплопроводности при давлениях в интервале 103-104 Па вклад конвекции и вклад, определяемый тепловым излучением, примерно одинаковы, а при давлениях ниже 102 Па доминирующим фактором становится тепловое излучение. Теплопередача в нанопористых материалах задается, по существу, теплопроводностью газа, находящегося в порах. Теплопроводность такого газа соответствующим образом зависит от соотношения между средней длиной свободного пробега молекул газа и средним диаметром пор.

Конкретно, в нанопористых материалах увеличение отношения этих усредненных параметров (длины свободного пробега к диаметру пор) приводит к понижению теплопроводности газа, поскольку его молекулы начинают сталкиваться со стенками пор более часто, чем с другими молекулами газа, и, в результате, увеличивают перенос своей тепловой энергии к твердой составляющей нанопористого материала. Повышение соотношения между средней длиной свободного пробега молекул газа и средним диаметром пор может быть вызвано понижением давления газа в порах нанопористого материала.

В отличие от известных панелей, обеспечивающих вакуумную изоляцию, в которых, чтобы создать условия для низких теплопроводностей, из гранул, содержащихся во внутреннем объеме панелей, принудительно откачивают воздух, а затем изолируют их относительно окружающей среды посредством надлежащих наружных оболочек, в теплозащитном компоненте предлагаемого летательного аппарата на высоте его полета для понижения давления газа в порах нанопористого материала и, таким образом, для уменьшения теплопроводности данного газа используется наружное давление, которое существенно ниже нормального атмосферного давления на уровне моря. В результате теплозащитный компонент обладает теплоизолирующими свойствами, оптимальными для использования в условиях пониженного давления окружающей среды, причем отпадает необходимость принудительно создавать в теплозащитном компоненте давление, пониженное по сравнению с нормальным атмосферным давлением на уровне моря, а затем изолировать данный компонент от окружающей атмосферы.

Таким образом, в случае применения предлагаемого теплозащитного компонента из конструкции может быть исключена наружная оболочка, изолирующая защитный компонент от окружающей атмосферы, что позволит существенно уменьшить его массу. Кроме того, устраняется вероятность механических повреждений наружной оболочки, которые могут возникать в обычных панелях, обеспечивающих вакуумную изоляцию. Наконец, теплозащитный компонент нечувствителен к изменениям давления в окружающей атмосфере, поскольку его конструкция и, конкретно, открытые поры гарантируют, что между окружающей атмосферой и внутренним объемом защитного компонента всегда происходит выравнивание давлений. Поэтому теплозащитный компонент может применяться даже на высотах, превышающих 20000 м, где обычные панели, обеспечивающие вакуумную изоляцию, не могут выполнять свою функцию, поскольку они раздуваются под воздействием перепада между низким давлением окружающей атмосферы и остаточным давлением, сохраняющимся в их внутреннем объеме, несмотря на принудительное откачивание с последующей герметизацией. Теплозащитный компонент, наоборот, может применяться даже в летательном аппарате типа планетарных зондов, которые, в частности, после долгого пребывания в вакууме проникают в атмосферу планеты или ее спутника (луны) и остаются там, т.е. задерживаются в их атмосфере.

В предпочтительном варианте в теплозащитном компоненте летательного аппарата содержится аэрогель. Аэрогели характеризуются своей низкой массой и нанопористой структурой, в которой поры открыты, что позволяет выравнивать давления окружающей атмосферы и газа, находящегося внутри пор аэрогеля. Твердая фракция аэрогеля может составлять максимум 10% от общего объема. Кроме того, в кремниевом аэрогеле даже твердая составляющая имеет относительно низкую теплопроводность.

В особенно предпочтительном варианте летательного аппарата по изобретению в теплозащитном компоненте содержится полимерный аэрогель. Такие аэрогели получают, например, добавляя к кремниевому гелю перед его высушиванием перекрестносшивающий агент, ковалентно связывающийся с гидроксильными группами. Полимерные аэрогели отличаются выдающимися механическими свойствами и, в особенности, низкой хрупкостью и, таким образом, хорошо деформируются. Для изготовления теплозащитного компонента может быть использован, например, материал Airloy® Х130 UL. Предусмотрена возможность придать данному компоненту форму, соответствующую его предназначению на борту летательного аппарата. Эту операцию можно выполнить легко и без нанесения повреждений данному компоненту, а затем он может быть вмонтирован в летательный аппарат.

В предпочтительном варианте летательного аппарата твердофазный материал теплозащитного компонента непрозрачен в инфракрасном диапазоне длин волн. Тем самым может быть уменьшено испускание тепла данной твердой составляющей теплозащитного компонента и, соответственно, улучшены его защитные свойства.

В частности, за счет теплозащитного компонента можно сформировать изоляцию батареи летательного аппарата. Допустимы также варианты с размещением данного компонента и в других местах летательного аппарата. В общем случае приемлема установка теплозащитного компонента на борту летательного аппарата во всех позициях, в которых следует предотвратить потерю тепловой энергии.

Летательным аппаратом, оснащенным предлагаемым теплозащитным компонентом, могут быть псевдоспутник HAPS, метеорологический зонд, беспилотный летательный аппарат дальнего радиуса действия для полетов на больших высотах (High Altitude Long Endurance Unmanned Aerial Vehicle, HALE UAV), пилотируемый летательный аппарат, стратостат, планетарный зонд или другие подобные устройства. Существенно только, чтобы летательный аппарат был способен выполнять свою функцию на таких высотах, где, по сравнению с нормальным атмосферным давлением на уровне моря, превалирует пониженное давление окружающей атмосферы, при котором теплозащитный компонент проявляет теплоизолирующие свойства, востребованные для конкретного приложения на борту летательного аппарата.

Согласно способу функционирования летательного аппарата, снабженного по меньшей мере одним теплозащитным компонентом из нанопористого материала, обеспечивают открытое состояние пор данного материала и соответствие давления в них, когда аппарат находится в полете, окружающему давлению на высоте полета аппарата.

В возможном варианте в теплозащитном компоненте содержится аэрогель, в частности, аэрогель полимерного типа. При этом твердофазный материал теплозащитного компонента предпочтительно непрозрачен в инфракрасном диапазоне длин волн.

Краткое описание чертежа

Далее предпочтительный вариант изобретения будет описан более подробно, со ссылками на прилагаемый схематичный чертеж.

Конкретно, на чертеже представлено схематичное изображение летательного аппарата, снабженного теплозащитным компонентом.

Осуществление изобретения

На чертеже схематично проиллюстрирован летательный аппарат 10, в котором в качестве изоляции батареи установлен теплозащитный компонент 12.

Проиллюстрированный на фиг.1 летательный аппарат 10 является псевдоспутником HAPS, который предназначен для функционирования на высотах более 15000 м. Однако в альтернативных вариантах аппарат 10 может представлять собой метеорологический зонд, беспилотник HALE UAV, пилотируемый летательный аппарат, стратостат, планетарный зонд или другое подобное устройство.

Теплозащитный компонент 12 состоит из нанопористого материала, в пористой структуре которого поры открыты, так что, когда летательный аппарат 10 находится в полете, давление в порах теплозащитного компонента 12 соответствует окружающему давлению на высоте полета. Конкретно, теплозащитный компонент 12 состоит из полимерного аэрогеля, такого, например, как Airloy® Х130 UL.

Как следует из приведенной далее таблицы, на высоте больше 13716 м теплоизолирующая способность теплозащитного компонента 12 уже превышает аналогичный параметр обычной панели, обеспечивающей вакуумную изоляцию, причем при дальнейшем увеличении высоты данное превышение даже растет.

В то же самое время, поскольку в предлагаемой конструкции не используется герметичная наружная оболочка, масса теплозащитного компонента 12, равная 165 г, на 41% меньше, чем у обычной панели, обеспечивающей вакуумную изоляцию и имеющей массу 280 г.

1. Летательный аппарат (10), содержащий по меньшей мере один теплозащитный компонент (12), состоящий из нанопористого полимерного аэрогеля без наружной оболочки, в пористой структуре которого поры открыты с обеспечением, в процессе полета летательного аппарата (10), соответствия давления в порах теплозащитного компонента (12) окружающему давлению на высоте полета летательного аппарата (10).

2. Аппарат по п. 1, в котором твердофазный материал теплозащитного компонента (12) непрозрачен в инфракрасном диапазоне длин волн.

3. Аппарат по п. 1 или 2, в котором теплозащитный компонент (12) образует теплоизоляцию батареи.

4. Аппарат по п. 1 или 2, который представляет собой высотный псевдоспутник, метеорологический зонд, беспилотный летательный аппарат дальнего радиуса действия для полетов на больших высотах, пилотируемый летательный аппарат, стратостат или планетарный зонд.

5. Способ функционирования летательного аппарата (10), содержащего по меньшей мере один теплозащитный компонент (12), состоящий из нанопористого полимерного аэрогеля, в пористой структуре которого, выполненной без наружной оболочки, поры открыты, включающий обеспечение, в процессе полета летательного аппарата (10), соответствия давления в порах теплозащитного компонента (12) окружающему давлению на высоте полета летательного аппарата (10).

6. Способ по п. 5, в котором используют твердофазный материал теплозащитного компонента (12), непрозрачный в инфракрасном диапазоне длин волн.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ракетно-авиационной технике, а более конкретно к обеспечению теплового режима в отсеках. При обеспечении теплового режима приборного отсека в летательном аппарате (ЛА) корпус отсека, включающий две оболочки, выполняют с внутренним расположением герметизирующей оболочки.

Изобретение относится к устройствам для подавления акустических колебаний. Акустическую сотовую панель, имеющую радиус кривизны, разрезают на сегменты, которые имеют продольные и поперечные стороны, продолжающиеся между краями сотовой структуры.

Изобретения относятся к композиционным материалам, используемым в различных областях техники, в частности в ракетном, авиационном и минно-торпедном вооружении, а именно, к обечайке защиты боевого зарядного отделения и к способу её изготовления.

Изобретение относится к области авиационной техники. Сверхзвуковой конвертируемый самолет содержит планер, включающий переднее горизонтальное оперение, вертикальное оперение, переднее треугольное крыло типа чайка, заднее крыло с трапециевидными консолями, разгонно-маршевый реактивный двигатель и вспомогательные маршевые прямоточные воздушно-реактивные двигатели.

Изобретение относится к интерьерной панели летательного аппарата (ЛА) со свойствами ослабления шума. Стенка фюзеляжа ЛА содержит каркасные элементы, проходящие параллельно друг другу, узел панели.

Изобретение относится к авиакосмической промышленности и может быть использовано в бортовой звукотеплоизолирующей конструкции пассажирских самолетов и касается композиционного вибропоглощающего материала.

Изобретение относится к композитным материалам и касается отверждаемого ламинатного компонента оболочки корпуса летательного аппарата. Включает термореактивную смолу, по меньшей мере три волокнистых конструкционных слоя и по меньшей мере один демпфирующий слой, где отношение числа конструкционных слоев к числу демпфирующих слоев составляет по меньшей мере 3:1, и после отверждения воздействием повышенных температур компонент становится жесткой оболочкой корпуса.

Изобретение относится к конструкции с сотовым заполнителем для использования в несущей панели гондолы турбореактивного двигателя самолета, являющейся акустической панелью.

Изобретение относится к конструкционным материалам и касается способа изготовления структуры с ячеистыми сердцевинами для гондолы турбореактивного двигателя. Содержит по меньшей мере один блок (А, В) с ячеистыми сердцевинами, имеющий центральную часть с серединными луночными ячейками (7а, 7b) и по меньшей мере две боковые части, каждая из которых имеет боковые луночные ячейки (11a, 11b).

Изобретения относятся к вариантам выполнения фюзеляжа воздушного судна и к воздушному судну. Фюзеляж по первому варианту содержит пространство с полом, который содержит одну или несколько панелей для пола.

Изобретение относится к промежуточной пленке для многослойного стекла. Техническим результатом является получение высоких теплозащитных показателей, низкой условной чистоты цвета и низкого значения индекса желтизны.

Изобретение относится к промежуточной пленке для многослойного стекла. Пленка имеет множество углублений и множество выпуклостей по меньшей мере на одной поверхности.

Изобретение относится к пленке промежуточного слоя для ламинированного стекла. Пленка имеет многослойную структуру, включающую в себя люминесцентный слой, а также полимерный слой по меньшей мере на одной поверхности люминесцентного слоя.
Изобретение относится к композиции полиолефина для получения адгезива, содержащей (A) первую привитую полиолефиновую композицию, содержащую полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), привитый первым ненасыщенным мономером; (B) вторую привитую полиолефиновую композицию, содержащую первый линейный полиэтилен низкой плотности, катализированный металлоценом, привитый вторым ненасыщенным мономером; (C) вторую композицию линейного полиэтилена низкой плотности, катализированную металлоценом, содержащую второй линейный полиэтилен низкой плотности, катализированный металлоценом; (D) композицию линейного полиэтилена низкой плотности, катализированную с помощью катализаторов Циглера-Натта, содержащую линейный полиэтилен низкой плотности, катализированный с помощью катализаторов Циглера-Натта; (E) эластомерную композицию, содержащую: (i) эластомерный сополимер этилена, содержащий: (a) производные единицы этилена; и (b) единицы альфа-олефиновых сомономеров, производные от по меньшей мере одного сомономера, выбранного из группы, состоящей из С3-С10 альфа-олефинов; и (ii) этилен-пропиленовый эластомер; и (F) вещество для повышения клейкости на основе углеводорода.

Изобретение относится к области композитных материалов для использования в конструкции летательного аппарата и касается способа и устройства для повышения огнестойкости и вязкости разрушения композитной конструкции.

Изобретение относится к новым пленкам для нанесения на материалы в качестве защитной пленки от атмосферных воздействий. При этом наружный слой представляет собой слой, содержащий фторполимер, средний слой представляет собой слой из PMMA, содержащий по меньшей мере один поглотитель УФ-излучения и/или УФ-стабилизатор, а внутренний слой представляет собой слой из PMMA, содержащий по меньшей мере один усилитель адгезии, который улучшает адгезию на подложке.
Изобретение относится к пленке, содержащей а) по меньшей мере, один базовый слой, включающий термопластичный полимерный материал матрицы; и b) поверхностный слой, содержащий термопластичный полимерный материал матрицы и от 5 до 80 вес.% полимерных частиц, имеющих средний диаметр частиц от 0,5 до 15 мкм, показатель преломления от 1,46 до 1,7, и, по меньшей мере, 60 мол.% акриловых мономерных групп, при этом пленка растягивается с коэффициентом от 2 до 8 одноосно или двухосно, и при этом после растяжения поверхностный слой имеет толщину, которая составляет от 50% до 200% от диаметра полимерных частиц; а также к способу получения вышеуказанной пленки.

Изобретение направлено на создание межслоевой пленки для ламинированного стекла. Межслоевая пленка для ламинированного стекла включает светоизлучающий слой, который содержит термопластичную смолу и лантаноидный комплекс с полидентантным лигандом, содержащим атом галогена.

Изобретение направлено на создание межслоевой пленки для ламинированного стекла. Межслоевая пленка для ламинированного стекла включает светоизлучающий слой, который содержит поливинилацетальную смолу и лантаноидный комплекс в качестве светоизлучающих частиц.

Изобретение относится к межслойному слою для многослойного стекла. Межслойная пленка для многослойного стекла, которая содержит термопластичную смолу, ароматическое соединение, которое имеет структуру, способную образовывать координационную связь с металлом, и антиоксидант.

Летательный аппарат содержит теплозащитный компонент, состоящий из нанопористого полимерного аэрогеля без наружной оболочки, в пористой структуре которого поры открыты с обеспечением, в процессе полета летательного аппарата, соответствия давления в порах теплозащитного компонента окружающему давлению на высоте полета летательного аппарата. Способ функционирования летательного аппарата характеризуется использованием теплозащитного компонента. Группа изобретений направлена на оптимизацию по массе. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Наверх