Система теплозащиты с панелью, размещенной на расстоянии, и способ ее изготовления
Раскрыта система теплозащиты с панелью, размещенной на расстоянии. Система содержит сэндвичевую панель, содержащую: первый облицовочный лист из керамического матричного композита и второй облицовочный лист из керамического матричного композита. Заполнитель из керамического матричного композита размещен между первым облицовочным листом из керамического матричного композита и вторым облицовочным листом из керамического матричного композита. Заполнитель из керамического матричного композита имеет периметр. Первый облицовочный лист из керамического матричного композита и второй облицовочный лист из керамического матричного композита выходят за пределы периметра для образования промежутка между первым облицовочным листом из керамического матричного композита и вторым облицовочным листом из керамического матричного композита, окружающего заполнитель из керамического матричного композита. Множество отверстий проходит через сэндвичевую панель. Система теплозащиты дополнительно содержит уплотнение из мягкого материала, размещенное в промежутке; множество компонентов изоляции; множество держателей, обеспечивающих размещение на расстоянии; и множество крепежных деталей, размещенных с возможностью прохождения через множество отверстий для присоединения сэндвичевой панели к множеству держателей. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 16 ил.
Область техники
[0001] Настоящие изобретение относится к системе теплозащиты с панелью, размещенной на расстоянии, для транспортного средства и к способу изготовления этой системы.
Уровень техники
[0002] Ракетоносители многократного использования и гиперзвуковые транспортные средства используют системы теплозащиты для защиты основной конструкции, топлива и внутренних компонентов от высоких тепловых нагрузок, испытываемых при полете. Различные архитектуры систем теплозащиты были использованы в прошлом, включая абляционные покрытия, интегрированные высокотемпературные структуры, материалы с фазовыми переходами и различные другие паразитные (parasitic) системы, включая паразитные системы с размещенными на расстоянии панелями, скрепленные посредством связующего керамические плитки, термоодеяла и керамические плитки, покрытые композитом с оксидной керамической матрицей.
[0003] В существующих паразитных конфигурациях панелей, размещенных на расстоянии, используют металлические сотовые панели из жаропрочного сплава или неоксидные панели из слоистого материала как структурные элементы, представляющие собой подвергаемую воздействию поверхность транспортного средства. Эти панели обычно прикреплены к держателям, обеспечивающим размещение на расстоянии, посредством металлических крепежных деталей, установленных таким образом, что они не выходят на поверхность во избежание структурных изменений, вызываемых воздействием высоких температур. Это требует наличия в панели заглушек доступа или аналогичных деталей или требует достаточно большого промежутка между панелями для обеспечения достаточного доступа для установки крепежных деталей. Уплотнение промежутков между панелями ранее выполняли посредством твердого композита или металлического уплотнения, мягкого уплотнения из керамического материала или комбинации этого. Уплотнения обычно устанавливают в виде отдельных частей, что может затруднять интегрирование транспортного средства полного массива панелей системы теплозащиты. Кроме того, металлические сотовые панели из жаропрочного сплава, размещенные на расстоянии, обладают ограниченными температурными возможностями с диапазонами максимальной температуры, примерно составляющими 1500°F (815°С). Это делает их не подходящими для всех занимающих акры земли областей обычного ракетоносителя, на которые могут воздействовать температуры до 2400°F (1315°С) или больше.
[0004] Оказалось, что скрепленные посредством связующего плитки системы теплозащиты, например плитки, нанесенные на космический летательный корабль, чрезвычайно дороги при установке и ремонте. Каждая плитка представляет собой заказную часть и требует значительного времени для установки. Кроме того, системы этого типа требуют выполнения гидроизоляции между полетами, что занимает много времени и требует больших затрат. Плитки, обернутые композитом с оксидной керамической матрицей, также требуют выполнения гидроизоляции между полетами, чтобы избежать увеличения веса вследствие поглощения воды.
[0005] Предложенные в прошлом разработки неоксидной слоистой панели, размещенной на расстоянии, не обладают конструктивной эффективностью, которая может быть противопоставлена альтернативными техническими решениями для системы теплозащиты. Металлические сотовые панели также достаточно тяжелы, что может быть проблематичным для воздушных летательных аппаратов и других конструкций летательных транспортных средств.
[0006] Таким образом, в данной области техники существует необходимость в улучшенных системах теплозащиты и способах установки таких систем теплозащиты.
Раскрытие изобретения
[0007] Настоящее раскрытие относится к системе теплозащиты с панелью, размещенной на расстоянии. Система представляет собой сэндвичевую панель, содержащую: первый облицовочный лист из керамического матричного композита и второй облицовочный лист из керамического матричного композита. Заполнитель из керамического матричного композита размещен между первым облицовочным листом из керамического матричного композита и вторым облицовочным листом из керамического матричного композита. Заполнитель из керамического матричного композита имеет периметр. Первый облицовочный лист из керамического матричного композита и второй облицовочный лист из керамического матричного композита выходят за пределы периметра с образованием промежутка между первым облицовочным листом из керамического матричного композита и вторым облицовочным листом из керамического матричного композита, окружающего заполнитель из керамического матричного композита. Множество отверстий проходит через сэндвичевую панель. Система теплозащиты кроме того содержит уплотнение из мягкого материала, размещенное в промежутке; множество компонентов изоляции; множество держателей, обеспечивающих размещение на расстоянии; и множество крепежных деталей, способных проходить через множество отверстий для присоединения сэндвичевой панели к множеству держателей.
[0008] Настоящее раскрытие существа изобретения также относится к способу сборки системы теплозащиты с панелью, размещенной на расстоянии. Способ включает прикрепление держателей, обеспечивающих размещение на расстоянии, к основной конструкции. Множество компонентов изоляции размещено между держателями, обеспечивающими размещение на расстоянии, и вокруг них. Сэндвичевая панель прикреплена к держателям, обеспечивающим размещение на расстоянии, посредством керамических крепежных деталей. Сэндвичевая панель содержит первый облицовочный лист из керамического матричного композита и второй облицовочный лист из керамического матричного композита. Заполнитель из керамического матричного композита размещен между первым облицовочным листом из керамического матричного композита и вторым облицовочным листом из керамического матричного композита. Заполнитель из керамического матричного композита имеет периметр. Первый облицовочный лист из керамического матричного композита и второй облицовочный лист из керамического матричного композита выходят за пределы периметра с образованием промежутка между первым облицовочным листом из керамического матричного композита и вторым облицовочным листом из керамического матричного композита, окружающего заполнитель из керамического матричного композита. Множество отверстий проходит через сэндвичевую панель. Уплотнение из мягкого материала размещено в промежутке.
[0009] Настоящая заявка, кроме того, относится к летательному транспортному средству. Летательное транспортное средство содержит: основную конструкцию; и систему теплозащиты с панелью, размещенной на расстоянии. Система теплозащиты содержит множество сэндвичевых панелей. Каждая сэндвичевая панель содержит первый облицовочный лист из и второй облицовочный лист из керамического матричного композита. Заполнитель из керамического матричного композита размещен между первым облицовочным листом из керамического матричного композита и вторым облицовочным листом из керамического матричного композита. Заполнитель из керамического матричного композита обладает периметром. Первый облицовочный лист из керамического матричного композита и второй облицовочный лист из керамического матричного композита выходят за пределы периметра с образованием промежутка между первым облицовочным листом из керамического матричного композита и вторым облицовочным листом из керамического матричного композита, окружающего заполнитель из керамического матричного композита. Множество отверстий проходит через каждую сэндвичевую панель. Система теплозащиты, кроме того, содержит уплотнение из мягкого материала, размещенное в промежутке каждой сэндвичевой панели. Множество компонентов изоляции размещено между каждой сэндвичевой панелью и основной конструкцией. Множество держателей, обеспечивающих размещение на расстоянии, размещено между каждой сэндвичевой панелью и основной конструкцией, причем держатели, обеспечивающие размещение на расстоянии, прикреплены к основной конструкции. Множество крепежных деталей проходит через множество отверстий для присоединения каждой сэндвичевой панели к множеству держателей.
[0010] Система теплозащиты и способ согласно настоящему раскрытию способны предоставить одно или большее количество из следующих преимуществ: уменьшенная стоимость техобслуживания и/или ремонта, увеличенный допуск повреждений, улучшенные температурные свойства, уменьшенный вес, увеличенное отношение прочности к весу, увеличенная структурная эффективность, увеличенная простота установки, повторное использование без необходимости повторной гидроизоляции, способность противостоять высоким температурам вплоть до 2400°F (1315°С), при сохранении свойств достаточной прочности и жесткости.
[0011] Следует иметь в виду, что и предшествующее общее описание и последующее подробное описание изобретения приведены лишь в качестве примеров и объяснений и не ограничивают настоящее изобретение согласно пунктам формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
[0012] Прилагаемые чертежи, которые включены в настоящее описание и представляют собой его часть, поясняют аспекты настоящего изобретения и вместе с описанием предназначены для объяснения принципов настоящего изобретения.
[0013] На фиг. 1 показан перспективный вид сэндвичевой панели системы теплозащиты, прикрепленной к основной конструкции, включая разобранный вид крепежной детали и держателя, используемого для прикрепления сэндвичевой панели к основной конструкции, согласно аспекту настоящего изобретения.
[0014] На фиг. 2 показан частичный разрез сэндвичевой панели и крепежной детали по фиг. 1, включая предварительно интегрированное уплотнение из мягкого материала, размещенное в промежутке сэндвичевой панели, согласно аспекту настоящего изобретения.
[0015] На фиг. 3А и 3В показаны перспективные виды сэндвичевой панели с компонентами изоляции, размещенными между сэндвичевой панелью и основной конструкцией, включая вид уплотнения из мягкого материала, размещенного вне промежутка по фиг. 3А, и вид уплотнения из мягкого материала, размещенного в промежутке по фиг. 3В, согласно аспекту настоящего изобретения.
[0016] На фиг. 4А показано стопорное приспособление крепежной детали в виде тарельчатой пружины, размещенное для окружения отверстия в сэндвичевой панели по фиг. 1, согласно аспекту настоящего изобретения.
[0017] На фиг. 4 В показана крепежная деталь по фиг. 1, размещенная заподлицо с самой внешней поверхностью системы теплозащиты с введенным во взаимодействие стопорным приспособлением в виде тарельчатой пружины, согласно аспекту настоящего изобретения.
[0018] На фиг. 5 схематически показан вид сбоку держателя, обеспечивающего размещение на расстоянии, согласно аспекту настоящего изобретения.
[0019] На фиг. 6А и 6 В показано множество компонентов изоляции, размещенных вокруг держателей, обеспечивающих размещение на расстоянии, между каждой сэндвичевой панелью и основной конструкцией, согласно аспекту настоящего изобретения.
[0020] На фиг. 7А-7F показан способ сборки системы теплозащиты с панелью, размещенной на расстоянии, согласно аспекту настоящего изобретения.
[0021] На фиг. 8 показан перспективный вид летательного транспортного средства, согласно аспекту настоящего изобретения.
[0022] Следует иметь в виду, что некоторые подробности фигур были упрощены и нарисованы для облегчения понимания, а не для поддержания строгой структурной точности, подробностей и масштаба.
Осуществление изобретения
[0023] Теперь будет сделана подробная ссылка на идеи настоящего изобретения, примеры которых проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. На чертежах одинаковые позиционные обозначения использованы по всему описанию для обозначения идентичных элементов. В последующем описании ссылка сделана на прилагаемые чертежи, образующие часть описания, на которых посредством иллюстрации показаны определенные примеры реализации идей настоящего изобретения. Следовательно, последующее описание представляет собой лишь пример.
[0024] Настоящая заявка относится к паразитной системе 1 теплозащиты с панелью, размещенной на расстоянии (TPS), причем виды системы показаны на фиг. 1-7 настоящего описания. Как показано на фиг.1, система 1 теплозащиты содержит множество сэндвичевых панелей 10. Каждая сэндвичевая панель 10 содержит первый облицовочный лист 12 из керамического матричного композита и второй облицовочный лист 14 из керамического матричного композита. Заполнитель 16 из керамического матричного композита размещен между первым облицовочным листом 12 из керамического матричного композита и вторым облицовочным листом 14 из керамического матричного композита. Заполнитель 16 из керамического матричного композита, показанный на фиг. 1, имеет подвергающийся воздействию периметр 16а. Первый облицовочный лист 12 из керамического матричного композита и второй облицовочный лист 14 из керамического матричного композита выходят за пределы периметра 16а с образованием промежутка 18 между первым облицовочным листом 12 из керамического матричного композита и вторым облицовочным листом 14 из керамического матричного композита. Промежуток 18 проходит вдоль всего края сэндвичевой панели 10. Уплотнение 20 из мягкого материала размещено в промежутке, как показано на фиг. 2, 3А и 3В. Уплотнение 20 проходит вдоль всего периметра сэндвичевой панели 10.
[0025] Первый облицовочный лист 12 из керамического матричного композита и второй облицовочный лист 14 из керамического матричного композита могут содержать любой подходящий композиционный материал с оксидной керамической матрицей или композиционный материал с неоксидной керамической матрицей. Подходящие композиционные материалы с оксидной керамической матрицей или композиционные материалы с неоксидной керамической матрицей известны в данной области техники. В одном варианте реализации эти материалы представляют собой композиционные материалы с неоксидной матрицей, содержащие волокна карбида кремния, углеродные волокна или и те и другие внутри матрицы карбида кремния. Заполнитель 16 из керамического матричного композита также содержит любой подходящий композиционный материал с оксидной керамической матрицей или композиционный материал с неоксидной керамической матрицей. Это также могут быть, например, композиционные материалы, волокна карбида кремния, углеродные волокна или и те и другие внутри матрицы карбида кремния. Керамический матричный композиционный материал для облицовочных листов и заполнителя может быть одинаковым типом материала (например, как композитом с оксидной керамической матрицей, так и композитом с неоксидной керамической матрицей) или различными типами материала.
[0026] В одном примере сэндвичевая панель 10, включая облицовочные листы и заполнитель из керамического матричного композита, выполнена в виде панели с заполнителем ферменной структуры C/SiC (например, углеродные волокна в матрице карбида кремния) или SiC/SiC (например, волокна карбида кремния в матрице карбида кремния). Такие панели способны обеспечить увеличенные структурную эффективность и температурную способность по сравнению с альтернативными вариантами панели, размещенной на расстоянии. Примеры таких панелей известны в этой области техники.
[0027] Уплотнение 20 из мягкого материала содержит по меньшей мере один материал, выбранный из оксида алюминия, кварца, углеродных волокон или волокон карбида кремния, вплетенный в желательную конструкцию уплотнения. Подходящие уплотнители из мягкого материала в целом хорошо известны в данной области техники. Примеры таких уплотнителей включают уплотнитель Nextel™ в виде плетеного уплотнительного мешка из мягкого материала, который представляет собой тканое керамическое полотно, заполненное волокнистой ватной изоляцией из оксида алюминия. Уплотнение 20 из мягкого материала способно противостоять высоким температурам, составляющим, например, 2400°F (1315°С), предотвращая или уменьшая плазменный поток к областям ниже уплотнения. Уплотнение 20 из мягкого материала также обладает достаточной податливостью к деформации при тепловом расширении панелей. Уплотнение 20 из мягкого материала может быть предварительно интегрировано в промежуток 18 любым подходящим способом до сборки системы теплозащиты. Например, изоляция из мягкого материала может быть пришита в определенном положении в промежутке 18 или удержана в определенном положении посредством тугой посадки.
[0028] Сэндвичевые панели 10 могут быть прикреплены к любой желательной основной конструкции посредством системы крепления, подходящей для высокотемпературных приложений. На фиг. 1 и 7Е множество крепежных деталей 24 размещено с возможностью прохождения через множество отверстий 22, проходящих через сэндвичевую панель, для присоединения сэндвичевой панели 10 к множеству держателей 26, обеспечивающих размещение на расстоянии. Держатели 26, обеспечивающие размещение на расстоянии, размещены между каждой сэндвичевой панелью 10 и основной конструкцией 28, к которой должна быть прикреплена система теплозащиты. Например, держатели 26, обеспечивающие размещение на расстоянии, могут быть прикреплены к основной конструкции 28; а множество крепежных деталей 24 способно проходить через множество отверстий 22 для присоединения каждой сэндвичевой панели 10 к множеству держателей 26. При таком подходе держатели 26, обеспечивающие размещение на расстоянии, могут быть использованы для связи сэндвичевых панелей 10 с основной конструкцией 28 таким образом, что сэндвичевые панели 10 расположены на желательном расстоянии D от основной конструкции.
[0029] Могут быть использованы любые подходящие крепежные детали 24, один пример которых содержит болт 24А, шайбу 24В, гайку 24С и стопорную шайбу 24D, как показано на фиг. 1. Стопорная шайба 24D служит для удержания гайки на месте во время сборки системы теплозащиты. Стопорная шайба 24D может быть удержана в определенном положении любым подходящим способом, например, посредством прикрепления стопорной шайбы 24D к держателю 26, обеспечивающему размещение на расстоянии.
[0030] Множество крепежных деталей 24 и держателей 26, обеспечивающих размещение на расстоянии, может быть выполнено из любых подходящих высокотемпературных материалов, способных обеспечивать желательную структурную поддержку для поддержания сэндвичевых панелей 10 в определенном положении на основной конструкции 28. Подходящие материалы включают керамику, такую как оксид алюминия, и высокотемпературный металлический материал. Керамические материалы для крепежной детали могут быть выбраны со способностью противостоять воздействию экстремальных сред без необходимости использования панельных заглушек или других деталей для защиты крепежной детали. Например, материалы могут быть способны противостоять высоким температурам, испытываемым летательным транспортным средством после входа в земную атмосферу и/или при гиперзвуковых скоростях, без существенного ухудшения свойств или чрезмерного теплового расширения. В одном примере крепежные детали 24А, 24В, 24С и держатели 26, обеспечивающие размещение на расстоянии, содержат керамический материал, такой как оксид алюминия, а стопорная шайба 24D выполнена из высокотемпературного металла (как описано ниже). Один пример керамического материала, который может быть использован для крепежных деталей 24А, 24В и 24С, составляет материал WG-300, произведенный компанией «Greeenleaf», который представляет собой усиленный нитевидными кристаллами оксида алюминия керамический матричный композит. Стопорная шайба может быть выполнена из любого подходящего высокотемпературного металла, такого как HAYNES 282, произведенного компанией «Haynes International», который представляет собой металлический материал на основе никелевого жаропрочного сплава.
[0031] Как показано на фиг. 2, упрочняющая вставка 36 из керамического матричного композита может быть размещена так, чтобы охватывать каждое из множества отверстий в сэндвичевой панели 10 для упрочнения отверстия 22, реакции на нагрузки и/или для распределения нагрузок на облицовочные листы 12, 14. В общем случае, известно использование упрочняющих вставок в низкотемпературных полимерных матричных композитах. Однако, неизвестно использование упрочняющих вставок с керамическими матричными композитами, используемыми в сэндвичевых панелях 10 согласно настоящему раскрытию. Упрочняющие вставки обеспечивают описанное выше упрочнение, которое позволяет крепежным деталям 24 удерживать сэндвичевые панели 10 в определенном положении, обеспечивая легкий доступ к крепежным деталям и все же обеспечивая относительно гладкую внешнюю поверхность, поскольку крепежные детали 24 размещены заподлицо с внешней поверхностью сэндвичевой панели 10, как описано ниже. Упрочняющие керамические вставки 36 содержат, например, керамические волокна (например, волокна карбида кремния или углеродные волокна) в виде керамического матричного композитного материала, который способен обеспечить желательные свойства упрочнения. В одном примере керамическая вставка 36 может быть выполнена из того же самого материала, что и заполнитель из керамического матричного композита, и может быть совместно отверждена, или уложена, в заполнителе панели. Термин "уложена" означает, что во время процесса производства композитных частей вставка может быть изготовлена как часть панели во время одного процесса производства, в противоположность механической установке в другое время. В одном примере вставка 36 может быть двумерной или трехмерной слоистой структурой. Керамическая вставка 36 может иметь любую подходящую форму или размер, обеспечивающие желательное упрочнение отверстий 22. Например, вставка 36 может обладать цилиндрической формой, или формой в виде шайбы, с диаметром от примерно 1 дюйма (2, 54 см) до примерно 5 дюймов (15,7 см), например, от примерно 2 дюймов (5,08 см) до примерно 3 дюймов (7, 62 см). Вставка может иметь форму, предназначенную для приема крепежной детали таким образом, что крепежная деталь размещена заподлицо с самой внешней поверхностью системы теплозащиты, как показано на фиг. 4В.
[0032] Что касается фиг. 4А, то стопорное приспособление 38 в виде тарельчатой пружины может быть размещено так, чтобы охватывать каждое из множества отверстий в сэндвичевой панели. Стопорное приспособление в виде тарельчатой пружины может содержать выступы 40, попадающие в канавки на головке крепежной детали 24А, как показано на фиг. 4В. Это может препятствовать повороту крепежных деталей и тем самым болтанию их в отверстиях 22. Такие стопорные приспособления в виде тарельчатой пружины известны в данной области техники.
[0033] Держатели 26, обеспечивающие размещение на расстоянии, могут быть разработаны гибкими для приспособления к тепловому расширению панелей при сохранении достаточной прочности и жесткости для реакции на воздействие высоких нагрузок во время запуска и при полете. Держатели 26, обеспечивающие размещение на расстоянии, могут быть размещены любым желательным способом. Однако, ориентация держателей 26, обеспечивающих размещение на расстоянии, аналогична той, что показана на фиг. 1, так что тепловое расширение панели имеет тенденцию искривлять держатели с уменьшением углов А и В, как показано на фиг. 5, что способно уменьшить возможность отказа держателей, обеспечивающих размещение на расстоянии, в результате межслойного растяжения
[0034] На фиг. 6А и 6В показано, что множество компонентов 30, 32 изоляции может быть размещено вокруг держателей 26, обеспечивающих размещение на расстоянии, между каждой сэндвичевой панелью 10 и основной конструкцией 28. Компоненты 30, 32 изоляции могут быть размещены в тепловой связи с облицовочным листом 12. Компоненты изоляции способны поглощать тепло и уменьшать возрастание температуры основной структуры 28, вызываемое тепловым событием, обеспечивая, посредством этого, желательную теплозащиту.
[0035] Могут быть использованы любые подходящие компоненты изоляции, сопротивляющиеся поглощению воды и способные противостоять высоким температурам, обеспечивающие, при этом, желательные свойства изоляции. В качестве примера, каждый из компонентов 30, 32 изоляции содержит водостойкий мешок 31, заполненный материалом 33 изоляции. Водостойкий мешок может содержать металлическую фольгу, например, из жаропрочного сплава, способного противостоять экстремальным температурам. Один пример такого металлического материалы представляет собой фольгу Inconel®, которая представляет собой жаропрочный сплав, содержащий никель, хром, аустенит и один или большее количество других ингредиентов. Эти мешки могут иметь один или большее количество вентиляционных отверстий 34 для уменьшения или предотвращения возрастания давления. Изолирующий материал 33 в мешках может быть изолятором относительно низкой плотности, например, ватой, имеющей плотность от примерно 1 фунта (16,02 кг на м3) до примерно 10 фунтов на кубический фут (160,18 кг на м3), например, от примерно 3 фунтов (48,06 кг на м3) до примерно 6 фунтов на кубический фут (96,11 кг на м3). Хотя пять компонентов изоляции показаны на фиг. 6А, любое подходящее количество компонентов изоляции может быть использовано в зависимости от размера и формы как сэндвичевой панели 10, так и самих компонентов изоляции.
[0036] Что касается фиг. 7А-7F, то настоящая заявка также относится к способу сборки системы теплозащиты с панелью, размещенной на расстоянии. Способ включает прикрепление держателей 26, обеспечивающих размещение на расстоянии, к основной конструкции 28, как показано на фиг. 7А. Множество компонентов 30, 32 изоляции размещено между держателей 26, обеспечивающих размещение на расстоянии, и вокруг них, как показано на фиг. 7В, 7С и 7D. Сэндвичевая панель 10 присоединена к держателям 26, обеспечивающим размещение на расстоянии, посредством крепежных деталей 24, как показано на фиг. 7Е, с изоляцией 20 из мягкого материала, размещенной в промежутке 18, как описано выше и показано со ссылками на фиг. 3А и 3В. Любая из описанных здесь сэндвичевых панелей 10 может быть использована в способе согласно настоящему раскрытию. Крепежные детали 24 могут быть закреплены и зафиксированы на месте при использовании стопорного приспособления 38 в виде тарельчатой пружины, как описано выше. После окончания полная система теплозащиты представляет собой массив сэндвичевых панелей 10, как показано, например, на фиг. 7F, прикрепленный к основной конструкции 28, например, летательного транспортного средства с образованием его наружной поверхности.
[0037] Что касается фиг. 8, то настоящее раскрытие существа изобретения также относится к летательному транспортному средству 50. Летательное транспортное средство может содержать основную конструкцию корпуса транспортного средства и любую из систем 1 теплозащиты с панелями, размещенными на расстоянии, согласно настоящему изобретению, и связанными с основной конструкцией. Летательное транспортное средство может быть, например, ракетой, воздушным летательным аппаратом или космическим летательным аппаратом, например космическим летательным аппаратом многократного использования. Сэндвичевые панели 10 и множество компонентов изоляции, помещенных между каждой сэндвичевой панелью 10 и основной конструкцией корпуса транспортного средства, способны предохранить летательное транспортное средство от критических тепловых явлений, например, тех, что могут происходить при входе в земную атмосферу или во время полета на гиперзвуковых скоростях.
[0038] Как может быть очевидно из фиг. 1 и 8, второй керамический облицовочный лист 14 каждой сэндвичевой панели 10 (показанный на фиг.1) образует часть самой внешней поверхности 52 (показанной на фиг.8) летательного транспортного средства. Множество крепежных деталей 24 для каждой сэндвичевой панели 10 доступно внешним образом на самой внешней поверхностной части 52 летательного транспортного средства, как показано на фиг. 4В.
[0039] Способность устанавливать крепежные детали с самой внешней поверхности панели может уменьшить время установки и/или время и стоимость замены. По традиции крепежные детали, прикрепляющие систему теплозащиты к конструкции транспортного средства, были скрыты ниже поверхности для предотвращения воздействия на них высоких температур. Это требует наличия в панели детали доступа, такой как заглушка или вставка, покрывающей крепежную деталь, которую может быть сложно интегрировать в систему. В альтернативном варианте использовано обеспечение доступа к крепежным деталям между панелями, что делает затруднительной концепцию надежного уплотнения. Система теплозащиты согласно настоящему изобретению упрощает установку, обеспечивая доступ к крепежной детали с наружной поверхности, что способно улучшить надежность системы в целом и/или уменьшить затраты на установку, техобслуживание и ремонт. Использование предварительно установленных уплотнений 20, как описано выше, может еще более упростить установку, поскольку уплотнения 20 установлены как компоненты, предварительно интегрированные с сэндвичевыми панелями. Это устраняет дополнительную операцию установки, которая оказалась затруднительной в альтернативных конструкциях. Конструкция панели согласно настоящему раскрытию изобретения может также устранить или уменьшить необходимость использования определенных материалов, например, гидроизоляции в некоторых приложениях.
[0040] Несмотря на то, что численные диапазоны и параметры, формулирующие широкую область действия настоящего изобретения, представляют собой аппроксимации, численные значения, сформулированные в конкретных примерах, указаны по возможности точнее. Однако любое численное значение по существу содержит определенные погрешности, обязательно следующие из среднеквадратичного отклонения, обнаруженного в соответствующих испытательных измерениях. Кроме того, следует понимать, что все раскрытые здесь диапазоны охватывают любые и все включенные в определенную категорию под-диапазоны.
[0041] Хотя идеи настоящего изобретения были проиллюстрированы относительно одного или большего количества вариантов реализации, изменения и/или модификации могут быть выполнены относительно показанных примеров без выхода за пределы сущности и объема прилагаемых пунктов формулы изобретения. Кроме того, хотя конкретная особенность настоящего описания, возможно, была раскрыта относительно только одного из нескольких вариантов реализации, такая особенность может быть скомбинирована с одной или большим количеством других особенностей других вариантов реализации, что может быть желательно и выгодно для любой заданной или конкретной функции. Кроме того, в той степени, в которой термины "включающий", "включает", "имеющий", "имеет", "с" или их разновидности использованы в подробном описании изобретения и в пунктах формулы изобретения, такие термины предназначены быть включающими в смысле, аналогичном термину "содержащий". Кроме того, здесь в описании и в пунктах формулы изобретения, термин "примерно" указывает, что указанное значение может быть несколько изменено, пока это изменение не приведет к несогласованности процесса или структуры с описанной здесь намеченной целью. Наконец, термин "взятый в качестве примера" указывает, что описание использовано в качестве примера, а не в качестве идеала.
[0042] Специалистам в данной области техники очевидно, что варианты раскрытых выше или других особенностей и функций, или их альтернативы могут быть скомбинированы во многих других различных системах или приложениях. Специалистами в данной области техники могут быть впоследствии выполнены различные непредвиденные или неожиданные здесь в настоящее время альтернативы, модификации, изменения или усовершенствования, которые также предназначены быть охваченными последующими пунктами формулы изобретения.
1. Система теплозащиты с панелью, размещенной на расстоянии, содержащая: сэндвичевую панель, содержащую:
первый облицовочный лист из керамического матричного композита и второй облицовочный лист из керамического матричного композита,
заполнитель из керамического матричного композита, размещенный между первым облицовочным листом из керамического матричного композита и вторым облицовочным листом из керамического матричного композита, причем
заполнитель из керамического матричного композита имеет периметр,
первый облицовочный лист из керамического матричного композита и второй облицовочный лист из керамического матричного композита выходят за пределы периметра с образованием промежутка между первым облицовочным листом из керамического матричного композита и вторым облицовочным листом из керамического матричного композита, охватывающего заполнитель из керамического матричного композита, и
множество отверстий, проходящих через сэндвичевую панель;
уплотнение из мягкого материала, размещенное в промежутке;
множество компонентов изоляции;
множество держателей, обеспечивающих размещение на расстоянии; и
множество крепежных деталей, размещенных с возможностью прохождения через множество отверстий для присоединения сэндвичевой панели к множеству держателей.
2. Система по п. 1, в которой
первый облицовочный лист из керамического матричного композита и второй облицовочный лист из керамического матричного композита содержат по меньшей мере один материал, выбранный из композитов с оксидной керамической матрицей и композитов с неоксидной керамической матрицей.
3. Система по п. 1, в которой
заполнитель из керамического матричного композита представляет собой заполнитель ферменной структуры, содержащий по меньшей мере один материал, выбранный из композитов с оксидной керамической матрицей или композитов с неоксидной керамической матрицей.
4. Система по п. 1, в которой
уплотнение из мягкого материала содержит тканое керамическое полотно и волокнистую ватную изоляцию из оксида алюминия.
5. Система по п. 1, в которой
каждый держатель из множества держателей, обеспечивающих размещение на расстоянии, содержит керамический матричный композиционный материал или высокотемпературный металлический материал.
6. Система по п. 1, в которой
каждая из множества крепежных деталей содержит керамический материал.
7. Система по п. 1, дополнительно содержащая
упрочняющую керамическую вставку, размещенную так, чтобы охватывать каждое отверстие из множества отверстий в сэндвичевой панели.
8. Система по п. 7, дополнительно содержащая
стопорное приспособление в виде тарельчатой пружины, размещенное так, чтобы охватывать каждое отверстие из множества отверстий в сэндвичевой панели.
9. Способ сборки системы теплозащиты с панелью, размещенной на расстоянии, согласно которому:
прикрепляют держатели, обеспечивающие размещение на расстоянии, к основной конструкции;
размещают множество компонентов изоляции между держателями, обеспечивающими размещение на расстоянии, и вокруг них;
прикрепляют сэндвичевую панель к держателям, обеспечивающим размещение на расстоянии, посредством керамических крепежных деталей, причем
сэндвичевая панель содержит:
первый облицовочный лист из керамического матричного композита и второй облицовочный лист из керамического матричного композита,
заполнитель из керамического матричного композита, размещенный между первым облицовочным листом из керамического матричного композита и вторым облицовочным листом из керамического матричного композита, причем
заполнитель из керамического матричного композита имеет периметр,
первый облицовочный лист из керамического матричного композита и второй облицовочный лист из керамического матричного композита выходят за пределы периметра с образованием промежутка, охватывающего заполнитель из керамического матричного композита между первым облицовочным листом из керамического матричного композита и вторым облицовочным листом из керамического матричного композита,
множество отверстий, проходящих через сэндвичевую панель, и уплотнение из мягкого материала, размещенное в промежутке.
10. Способ по п. 9, в котором
сэндвичевая панель содержит стопорное приспособление в виде тарельчатой пружины, размещенное так, чтобы охватывать каждое отверстие из множества отверстий в сэндвичевой панели, причем
способ дополнительно включает блокировку крепежных деталей на месте посредством тарельчатой пружины.
11. Способ по п. 9, в котором
основная конструкция представляет собой объект, выбранный из ракеты, воздушного летательного аппарата или космического летательного аппарата.
12. Летательное транспортное средство, содержащее:
основную конструкцию и
систему теплозащиты с панелью, размещенной на расстоянии, содержащую:
множество сэндвичевых панелей, каждая из которых содержит:
первый облицовочный лист из керамического матричного композита и второй облицовочный лист из керамического матричного композита,
заполнитель из керамического матричного композита, размещенный между первым облицовочным листом из керамического матричного композита и вторым облицовочным листом из керамического матричного композита, причем
заполнитель из керамического матричного композита имеет периметр,
первый облицовочный лист из керамического матричного композита и второй облицовочный лист из керамического матричного композита выходят за пределы периметра с образованием промежутка между первым облицовочным листом из керамического матричного композита и вторым облицовочным листом из керамического матричного композита, охватывающего заполнитель из керамического матричного композита,
множество отверстий, проходящих через каждую сэндвичевую панель;
уплотнение из мягкого материала, размещенное в промежутке каждой сэндвичевой панели;
множество компонентов изоляции, размещенных между каждой сэндвичевой панелью и основной конструкцией;
множество держателей, обеспечивающих размещение на расстоянии, размещенных между каждой сэндвичевой панелью и основной конструкцией, причем
держатели, обеспечивающие размещение на расстоянии, прикреплены к основной конструкции; и
множество крепежных деталей, проходящих через множество отверстий для присоединения каждой сэндвичевой панели к множеству держателей.
13. Летательное транспортное средство по п. 12, в котором
второй облицовочный лист из керамического матричного композита каждой сэндвичевой панели образует часть самой внешней поверхности летательного транспортного средства, причем
множество крепежных деталей для каждой сэндвичевой панели доступно извне на частях самой внешней поверхности.
14. Летательное транспортное средство по п. 12, в котором
держатели имеют первый угол и второй угол, причем
держатели ориентированы так, что при тепловом расширении сэндвичевых панелей происходит изгиб держателей с уменьшением первого угла и второго угла.
15. Летательное транспортное средство по п. 12, в котором
первый облицовочный лист из керамического матричного композита и второй облицовочный лист из керамического матричного композита содержат по меньшей мере один материал, выбранный из композитов с оксидной керамической матрицей или композитов с неоксидной керамической матрицей.
16. Летательное транспортное средство по п. 12, в котором
заполнитель из керамического матричного композита представляет собой заполнитель ферменной структуры, содержащий по меньшей мере один материал, выбранный из композитов с оксидной керамической матрицей или композитов с неоксидной керамической матрицей.
17. Летательное транспортное средство по п. 12, в котором
уплотнение из мягкого материала содержит тканое керамическое полотно и волокнистую ватную изоляцию из оксида алюминия.
18. Летательное транспортное средство по п. 12, в котором
каждый держатель из множества держателей, обеспечивающих размещение на расстоянии, содержит керамический матричный композиционный материал или высокотемпературный металлический материал.
19. Летательное транспортное средство по п. 12, в котором
каждая крепежная деталь из множества крепежных деталей содержит керамический материал.
20. Летательное транспортное средство по п. 12, дополнительно содержащее
упрочняющую керамическую вставку, размещенную так, чтобы охватывать каждое отверстие из множества отверстий в сэндвичевой панели.
