一種基于彈簧減振結構的耐高溫層合板的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于彈簧減振結構的耐高溫層合板，包括保護層（1）、隔熱層（2）、結構層（3），其主要特點為：還包括一個彈簧減振結構（4）；所述的彈簧減振結構（4）設置在所述的保護層（1）下面，并被嵌套在所述的隔熱層（2）和結構層（3）之間；所述的彈簧減振結構（4）包括一個圓柱形彈簧（8）和一個套在所述的圓柱形彈簧（8）外的鋼絲網墊（6）；一個沉頭螺釘（11）由上向下穿過所述的保護層（1）后伸入所述的圓柱形彈簧（8）內；一個螺栓（7）由下向上穿入所述的圓柱形彈簧（8）內。本實用新型的優點是：可有效降低飛行器承力結構在不均勻溫度下產生的熱應力；有良好的隔振、減振效果；結構簡單、易于維護，成本低。
【專利說明】一種基于彈簧減振結構的耐高溫層合板
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于航空航天【技術領域】，涉及一種應用于高溫環境下高速飛行器中的耐高溫層合板，特別是一種基于彈簧減振結構的耐高溫層合板。
【背景技術】
[0002]高超聲速飛行器在出入大氣層或持續在空間飛行時，將承受巨大的氣動力和氣動熱。采用完全的熱結構就可以避免因結構燒蝕或失效而無法勝任其所承擔的飛行任務，也可避免采用熱防護增加飛行器的重量。氣動熱能使結構材料的力學性能降低，作用應力減少以致發生蠕變；而熱結構部件之間的相互約束，在熱載荷作用下，又會在結構中產生應力從而使變形加劇并造成翹曲和蠕變特性的變化。目前的高速飛行器表面結構不能同時實現隔熱、減振、降低溫度梯度引起的熱應力的功能，而且結構復雜，裝拆工序復雜，可靠性低。針對此類問題，多年來國內外研宄者們一直期待能尋找更多新型結構連接形式以消除高溫環境下飛行器熱結構中的熱應力。
[0003]中國《宇航學報》2008.9，Vol.29，N0.5，1698-1683的“高溫合金熱防護系統設計與分析[J]”公開了一種高溫合金蜂窩夾芯結構。該技術的內部面板采用鈦合金蜂窩結構，中間隔熱層采用低熱導率的纖維隔熱材料，內外金屬蜂窩面板通過連接通道焊接在一起；承受氣動壓力時，金屬連接通道起載荷傳遞的作用。金屬緊固件穿過連接通道底部，將金屬熱防護板與機體結構連接在一起。連接通道空腔中填充低熱導率的隔熱纖維，以減少通過金屬連接件進入機體結構的熱量。通道蓋由耐高溫合金材料制成，用于密封上面板，防止高溫氣體直接進入底層結構。用金屬箔片制成的柔性彎曲側面封閉在金屬熱防護板的四周，阻止板間縫隙的輻射換熱。該技術的缺陷是:其金屬熱防護結構只具備隔熱的作用，其它功能如隔振、減振等功能未作考慮:當“外面板”受熱會產生熱變形，而內層結構因成功隔熱卻不會發生相應的熱變形，當“連接件”與“緊固件”為適應上下層連接點的位置變化而產生彎曲時，造成了下層“內面板”與“機體結構”的熱應力；無法降低振動水平；不能單獨拆卸，給維修、檢查和更換帶來不便，結構全壽命周期成本高。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在于克服現有技術的缺陷，提出一種能夠隔熱、減振、減少溫度梯度引起的熱應力，結構簡單、易于維護的基于彈簧減振結構的耐高溫層合板。
[0005]為實現上述發明目的，本實用新型采用以下技術方案:一種基于彈簧減振結構的耐高溫層合板，包括上層的保護層、中間的隔熱層、下層的結構層，其特征在于:還包括一個彈簧減振結構；所述的彈簧減振結構設置在所述的保護層下面，并被嵌套在所述的隔熱層和結構層之間；所述的彈簧減振結構包括一個圓柱形彈簧和一個套在所述的圓柱形彈簧外的鋼絲網墊；一個沉頭螺釘由上向下穿過所述的保護層后伸入所述的圓柱形彈簧內；一個螺栓由下向上穿入所述的圓柱形彈簧內。
[0006]所述的彈簧減振結構的沉頭螺釘和圓柱形彈簧之間設置有一個螺母:所述的螺母的外表面與所述的圓柱形彈簧的上段進行螺紋配合，其下端面與所述的螺栓的上端面相接觸。
[0007]所述的螺栓具有一個環形凹槽；所述的圓柱形彈簧的下段沿螺栓外螺紋旋進所述的環形凹槽底部。
[0008]所述的彈簧減振結構的鋼絲網墊與所述的隔熱層、結構層之間設有間隙。
[0009]所述的層合板包括至少四個所述的彈簧減振結構，分別設置于層合板的四個邊角處。
[0010]本實用新型的有益效果和優點是:(I)能夠有效地隔離氣動加熱的熱量傳遞至飛行器承力結構。(2)以彈簧與高阻尼鋼絲網墊作為縱向隔振、減振原件，具有針對各方向的動載荷的隔振、減振效果，可降低外表面氣動動載荷引起的飛行器承力結構振動響應。(3)通過彈簧元件提供的較大橫向柔性來降低或消除下層結構由于上下層板之間溫度不均勻產生的熱載荷，從而避免飛行器承力結構因溫度不均勻而產生熱應力。(4)結構簡單、易于安裝維護，成本低。
[0011]下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是現有技術“一種高溫合金蜂窩夾芯結構層板”的結構剖面圖。
[0013]圖2是本實用新型一種基于彈簧減振結構的耐高溫層合板的剖面結構圖。
[0014]圖3-1、3-2、3_3分別是圖2所示本實用新型彈簧減振結構的螺母的主視圖、右視圖、俯視圖。
[0015]圖4-1、4-2、4_3分別是圖2所示本實用新型彈簧減振結構的鋼絲網墊的主視圖、右視圖、俯視圖。
[0016]圖5-1、5-2、5_3分別是圖2所示本實用新型彈簧減振結構的螺栓的主視圖、右視圖、俯視圖。
[0017]圖6-1、6-2、6_3分別是圖2所示本實用新型所述的彈簧減振結構的圓柱形彈簧的主視圖、右視圖、俯視圖。
[0018]其中，I保護層，11沉頭螺釘，2隔熱層，3結構層，4彈簧減振結構，5螺母，6鋼絲網墊，7螺栓，71環形凹槽，8圓柱形彈簧，9間隙。
【具體實施方式】
[0019]本實用新型所述的一種基于彈簧減振結構的耐高溫層合板，包括上層的保護層
(I)、中間的隔熱層(2)、下層的結構層(3)，其特征在于:還包括一個彈簧減振結構(4);所述的彈簧減振結構(4)設置在所述的保護層(I)下面，并被嵌套在所述的隔熱層(2)和結構層(3)之間；所述的彈簧減振結構(4)包括一個圓柱形彈簧(8)和一個套在所述的圓柱形彈簧(8)外的鋼絲網墊(6);—個沉頭螺釘(11)由上向下穿過所述的保護層(I)后伸入所述的圓柱形彈簧(8)內；一個螺栓(7)由下向上穿入所述的圓柱形彈簧(8)內。
[0020]所述的彈簧減振結構(4)的沉頭螺釘(11)和圓柱形彈簧(8)之間設置有一個螺母(5):所述的螺母(5)的外表面與所述的圓柱形彈簧(8)的上段進行螺紋配合，其下端面與所述的螺栓(7)的上端面相接觸。
[0021]所述的螺栓(7)具有一個環形凹槽(71);所述的圓柱形彈簧(8)的下段沿螺栓
(7)外螺紋旋進所述的環形凹槽(71)底部。
[0022]所述的彈簧減振結構⑷的鋼絲網墊(6)與所述的隔熱層(2)、結構層(3)之間設有間隙(9)。
[0023]所述的層合板包括至少四個所述的彈簧減振結構(4)，分別設置于層合板的四個邊角處。在實際使用中，層合板尺寸不受限制，建議的單板尺寸為300mmX300mm。另外，可依據層板所受載荷大小來確定所采用的彈簧減振結構(4)的數量與密度。
[0024]本實用新型所述的一種基于彈簧減振結構的耐高溫層合板的工作原理為:當保護層(I)承受熱應力或其它板面內橫向載荷時，由于圓柱形彈簧(8)可提供較大的橫向柔性，因此可以較小的應力代價實現較大的保護層(I)與結構層(3)的變形差，有效控制上下層面溫度差引起的熱應力；當層合板上層的保護層(I)承受垂直板面拉壓載荷時，圓柱形彈簧(8)與鋼絲網墊(6)兩者或一個起作用，從而有效傳遞靜力；另外，鋼絲網墊具有較好的減振、隔振作用，其中特別是鋼絲網墊發生變形會導致網墊內的金屬細絲之間相互摩擦，從而起到明顯的阻尼減振作用。
[0025]本實用新型的制造與裝配過程如下:
[0026]鋼絲網墊采用高阻尼的金屬絲制成。本例采用N1-Cr-Ti不銹鋼金屬絲編織成特定目數的金屬絲網，建議金屬絲直徑范圍為Φ0.05mm至Φ2πιπι，目數不大于100 ;將金屬網折疊成帶，排列鋪放，得到鋼絲網墊坯料；將壞料放入相應的模具中，在1KN — 40KN壓力下低速成型制成鋼絲網墊。
[0027]在結構層(3)圓孔內，放入螺栓(7)的螺柱部分，并保證螺栓(7)與結構層(3)相接觸。
[0028]將圓柱形彈簧(8)沿螺栓(7)螺柱的外螺紋旋進至螺栓(7)的環形凹槽(71)底部，再將螺母(5)旋進圓柱形彈簧(8)內，并保證彈簧(8)與螺母(5)外螺紋契合，且彈簧
(8)頂端與螺母(5)頂端處于同一平面。
[0029]將鋼絲網墊(6)套裝在圓柱形彈簧⑶夕卜，其下端落入螺栓(7)的環形凹槽(71)底部。
[0030]然后，先將隔熱層⑵套裝在鋼絲網墊(6)夕卜，再蓋上保護層(11)。
[0031]將沉頭螺釘(11)擰進螺母(5)內，并保證沉頭螺釘(11)上表面與保護層(11)處于同一平面。至此，本實用新型所述的層合板裝配完成。
【權利要求】
1.一種基于彈簧減振結構的耐高溫層合板，包括上層的保護層中間的隔熱層(2^下層的結構層(3),其特征在于:還包括一個彈簧減振結構(4)；所述的彈簧減振結構(4)設置在所述的保護層(1)下面，并被嵌套在所述的隔熱層(2)和結構層(3)之間；所述的彈簧減振結構(4)包括一個圓柱形彈簧(8)和一個套在所述的圓柱形彈簧(8)外的鋼絲網墊(6)；—個沉頭螺釘(11)由上向下穿過所述的保護層(1)后伸入所述的圓柱形彈簧(8)內；一個螺栓⑵由下向上穿入所述的圓柱形彈簧⑶內。
2.根據權利要求1所述的一種基于彈簧減振結構的耐高溫層合板，其特征在于:所述的彈簧減振結構(4)的沉頭螺釘(11)和圓柱形彈簧(8)之間設置有一個螺母(5):所述的螺母(5)的外表面與所述的圓柱形彈簧(8)的上段進行螺紋配合，其下端面與所述的螺栓(7)的上端面相接觸。
3.根據權利要求1所述的一種基于彈簧減振結構的耐高溫層合板，其特征在于:所述的螺栓(7)具有一個環形凹槽(71)；所述的圓柱形彈簧(8)的下段沿螺栓(7)外螺紋旋進所述的環形凹槽(71)底部。
4.根據權利要求1所述的一種基于彈簧減振結構的耐高溫層合板，其特征在于:所述的彈簧減振結構(4)的鋼絲網墊(6)與所述的隔熱層(2^結構層(3)之間設有間隙(9)。
5.根據權利要求1所述的一種基于彈簧減振結構的耐高溫層合板，其特征是:所述的層合板包括至少四個所述的彈簧減振結構(4)，分別設置于層合板的四個邊角處。
【文檔編號】F16S1/00GK204227016SQ201420502272
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月2日 優先權日:2014年9月2日
【發明者】王軻, 周瑩 申請人:南京航空航天大學