本發(fā)明屬于高超速飛行器熱防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于高超聲速、大攻角再入飛行器姿控系統(tǒng)熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，用于高超聲速、大攻角再入飛行器姿控系統(tǒng)熱防護(hù)，其能提高姿控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性。

背景技術(shù)：

高超聲速、大攻角再入飛行器(一般指飛行速度超過(guò)Ma5，再入攻角大于30°飛行器)由于飛行器飛行馬赫數(shù)高，且跳躍滑翔機(jī)動(dòng)飛行，具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性和突防能力，有著巨大的軍事價(jià)值和潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，目前已成為國(guó)內(nèi)外武器與航天器發(fā)展的主要方向。

姿控系統(tǒng)對(duì)飛行器進(jìn)行姿態(tài)控制，一般的飛行器姿控系統(tǒng)在高空工作，高空大氣密度較小，姿控系統(tǒng)的氣動(dòng)熱環(huán)境較為緩和，無(wú)需對(duì)姿控系統(tǒng)進(jìn)行熱防護(hù)。對(duì)于再入類飛行器采用姿控控制系統(tǒng)，在低空稠密大氣層飛行時(shí)，飛行器面臨較為嚴(yán)酷的氣動(dòng)加熱，飛行器典型部位熱流密度峰值達(dá)到2.8MW/m²，總加熱量為60MJ/m²。大攻角飛行時(shí)，姿控系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)噴管暴露在自由來(lái)流中，流線直接作用到姿控發(fā)動(dòng)機(jī)上，導(dǎo)致姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的熱環(huán)境較為嚴(yán)酷，溫度高達(dá)1700℃，超出900℃溫度的設(shè)計(jì)要求。

為保證高超聲速、大攻角再入飛行器姿控動(dòng)力系統(tǒng)的安全工作，需要對(duì)姿控系統(tǒng)進(jìn)行熱防護(hù)設(shè)計(jì)，但考慮到姿控系統(tǒng)較為復(fù)雜，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)較多，且上下、左右對(duì)稱布置，還需要保證足夠的力臂，由此可知，姿控系統(tǒng)面臨較大的熱防護(hù)壓力。

因此，尋求合理可行、經(jīng)濟(jì)高效、設(shè)計(jì)巧妙的熱防護(hù)裝置是高超聲速、大攻角再入飛行器姿控動(dòng)力系統(tǒng)要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種適用于高超聲速、大攻角再入飛行器姿控系統(tǒng)熱防護(hù)裝置，用于滿足高超聲速、大攻角再入飛行器姿控系統(tǒng)嚴(yán)酷氣動(dòng)加熱條件下姿控動(dòng)力系統(tǒng)的熱防護(hù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種適用于高超聲速、大攻角再入飛行器姿控系統(tǒng)熱防護(hù)裝置，其包括后底蓋板，底蓋板防熱層、姿控動(dòng)力單元、姿控防熱承力板、姿控防熱層，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套和脫插頭防熱套，

其中，后底蓋板為承力結(jié)構(gòu)，姿控動(dòng)力單元安裝在后底蓋板上，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管在后底蓋板外，后底蓋板為承力結(jié)構(gòu)，可為金屬材料，也可為復(fù)合材料制備的承力結(jié)構(gòu)，后底蓋板上設(shè)計(jì)有后底蓋板防熱層，后底蓋板防熱層可為非金屬防熱材料，后底蓋板和后底蓋板防熱層一起構(gòu)成底部防熱結(jié)構(gòu)。

姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管高出后底蓋板防熱層，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管外設(shè)計(jì)有姿控防熱承力板，姿控防熱承力板外設(shè)計(jì)姿控防熱層，姿控動(dòng)力單元出口處設(shè)計(jì)有姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套，姿控防熱承力板、姿控防熱層和姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套一起構(gòu)成姿控動(dòng)力單元防熱罩。姿控動(dòng)力單元防熱罩處還設(shè)計(jì)有圓柱形脫插頭防熱套。

底部防熱結(jié)構(gòu)、姿控動(dòng)力單元防熱罩和脫插頭防熱套一起構(gòu)成姿控系統(tǒng)熱防護(hù)裝置。

進(jìn)一步的，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套與姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管間具有1mm～8mm的縫隙，以避免姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套與姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管硬連接，從而可以避免姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套對(duì)姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管造成損壞。

進(jìn)一步的，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套與姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管間具有5mm的縫隙。

進(jìn)一步的，所述姿控防熱承力層為鈦合金材質(zhì)。

總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

本發(fā)明的再入飛行器姿控系統(tǒng)熱防護(hù)裝置包括底部防熱結(jié)構(gòu)、姿控動(dòng)力單元防熱罩和脫插頭防熱套，該裝置的設(shè)計(jì)從各個(gè)方面進(jìn)行了熱防護(hù)設(shè)計(jì)，底部具有底蓋板防熱層，姿控動(dòng)力單元設(shè)置在底蓋板上，姿控動(dòng)力單元上設(shè)置有姿控動(dòng)力單元防熱罩，脫插頭處設(shè)計(jì)有脫插頭防熱套，這樣的全方面熱防護(hù)，可有效解決高超聲速、大攻角再入飛行器姿控系統(tǒng)熱防護(hù)難題，提高了姿控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為按照本發(fā)明實(shí)施例的姿控系統(tǒng)熱防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為按照本發(fā)明實(shí)施例的姿控動(dòng)力單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為按照本發(fā)明實(shí)施例的姿控動(dòng)力單元防熱罩結(jié)構(gòu)示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示同樣的特征或者結(jié)構(gòu)，具體地，

1－后底蓋板 2－姿控發(fā)動(dòng)機(jī) 3－脫插頭防熱套

4－姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套 5－姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管 6－姿控動(dòng)力單元防熱罩

7－后底蓋板防熱層。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1為按照本發(fā)明實(shí)施例的姿控系統(tǒng)熱防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為按照本發(fā)明實(shí)施例的姿控動(dòng)力單元的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知，高超聲速、大攻角再入飛行器姿控系統(tǒng)熱防護(hù)裝置主要包括后底蓋板1，后底蓋板防熱層7、姿控動(dòng)力單元、姿控防熱承力板、姿控防熱層，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套4和脫插頭防熱套3。

其中，姿控動(dòng)力單元包括姿控發(fā)動(dòng)機(jī)2和與姿控發(fā)動(dòng)機(jī)想連通的閥門。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)量比如為八個(gè)，每個(gè)姿控發(fā)動(dòng)機(jī)均具有姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管5，高溫高壓氣流從姿控發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管5噴出，在姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管和姿控防熱層間設(shè)置有姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套4。

其中，后底蓋板為承力結(jié)構(gòu)，用于承受飛行過(guò)程中的載荷，姿控動(dòng)力單元(姿控動(dòng)力單元包括姿控發(fā)動(dòng)機(jī)、與姿控發(fā)動(dòng)機(jī)連通的閥門)安裝在后底蓋板上，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管安裝在姿控發(fā)動(dòng)機(jī)上(也即，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管也安裝在后底蓋板上)，后底蓋板上設(shè)計(jì)有底蓋板防熱層，底蓋板防熱層可為非金屬防熱材料，后底蓋板和底蓋板防熱層一起構(gòu)成底部防熱結(jié)構(gòu)。

姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管外設(shè)計(jì)有姿控防熱承力板，姿控防熱承力板外設(shè)計(jì)姿控防熱層，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管高出后底蓋板防熱層，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口處設(shè)計(jì)有姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套4，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套與姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管間具有譬如5mm縫隙(實(shí)際工程中，該縫隙可為1mm～8mm)，設(shè)計(jì)該縫隙主要用于適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)噴管工作過(guò)程中的震動(dòng)，避免姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套與姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管硬連，從而可以避免姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套對(duì)姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管造成損壞。姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套有兩個(gè)作用：第一、對(duì)姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管進(jìn)行熱防熱；第二、對(duì)姿控動(dòng)力單元防熱罩內(nèi)部進(jìn)行熱密封。熱防護(hù)裝置中的各個(gè)組成部件的具體尺寸根據(jù)實(shí)際工程中的不同要求確定。

圖3為按照本發(fā)明實(shí)施例的姿控動(dòng)力單元防熱罩結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知，姿控防熱承力板、姿控防熱層和姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套4一起構(gòu)成姿控動(dòng)力單元防熱罩6。姿控動(dòng)力單元防熱罩6處還設(shè)計(jì)有圓柱形脫插頭防熱套3。脫插頭防熱套3用于保護(hù)脫插頭。

下面通過(guò)具體的實(shí)施例更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明熱防護(hù)裝置，但以下實(shí)施例僅是說(shuō)明性的，尤其是就在關(guān)于具體尺寸和艙內(nèi)單機(jī)設(shè)備等方面的說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受這些實(shí)施例的限制。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，飛行器以40°攻角再入飛行，70km以下的飛行時(shí)間為200s，姿控動(dòng)力單元安裝在750mm×750mm的D型后底蓋板上，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)的作用力臂不小于350mm，姿控動(dòng)力單元防熱罩為620mm×460mm的仿形結(jié)構(gòu)，防熱高度為150mm，姿控防熱承力板、姿控防熱層和姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套一起構(gòu)成姿控動(dòng)力單元防熱罩，姿控防熱層為9mm非金屬防熱層，姿控防熱承力板為3mm金屬承力層，金屬承力層材質(zhì)為鈦合金，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管材料為不銹鋼材料，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管最薄厚度為1mm，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套的直徑為Φ110mm，厚度為10mm，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防熱套與姿控發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的間距為5mm。后底蓋板1的材質(zhì)也為鈦合金。

按典型彈道進(jìn)行分析獲得的結(jié)果如下：姿控系統(tǒng)的防熱層外壁峰值溫度為1500℃左右，滿足防熱罩的外壁低于1600℃的使用要求，防熱結(jié)構(gòu)內(nèi)壁峰值溫度為350℃。姿控發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管峰值溫度降低到700℃，均可滿足總體技術(shù)指標(biāo)要求。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。