本发明专利技术属于结构设计领域，公开了一种高效兼顾承载与隔热需求的连接机构，包括金属接头和陶瓷垫片；所述金属连接机构由左连接结构和右连接结构组成，所述陶瓷垫片填充于左、右连接机构之间的空隙，使得左、右连接结构互相之间不接触。本发明专利技术通过左、右连接结构的连接使得任何形式的力在经连接机构传递时都变为压力，填充于金属连接结构之间空隙的陶瓷垫片，具有承压能力强、隔热效果好的特点，从而实现本发明专利技术的高效兼顾承载与隔热的目的，具有高效隔热和提高结构承载能力的特点，操作方便易于实现，且金属连接结构和陶瓷垫片的组合可靠性较高又容易制备，工程实用性强。工程实用性强。工程实用性强。
【技术实现步骤摘要】
一种高效兼顾承载与隔热需求的连接机构
[0001]本专利技术属于结构设计领域，尤其涉及一种高效兼顾承载需求与隔热需求的连接机构。
技术介绍
[0002]航空航天技术尤其是高超音速飞行器的快速发展对飞行器结构的承载能力和隔热能力均提出了很高的需求，承载隔热一体化结构因同时具有承载和隔热的功能成为高超音速飞行器的绝佳选择。研究表明，由金属材料和隔热材料经设计组成的承载隔热一体化可同时具有承载和隔热的功能。通过合理布置金属材料和隔热材料同时提高结构的承载能力和隔热能力。
[0003]目前，已有多种承载隔热一体化构型在实际工程中得到应用，这些构型一般由金属材料和隔热材料组成。然而，由于隔热材料不具有承载能力，因此用于承载的金属材料和用于热防护的隔热材料往往是分置的。
[0004]在现有的承载隔热一体化构型中，采用的多是金属材料与隔热材料分置的波纹夹芯板结构，例如文献“Performance improvement of integrated thermal protection system using shaped
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stabilized composite phase change material”采用了将隔热石棉填满金属夹芯板空隙的方式。在实际应用中发现金属材料和用于热防护的隔热材料分置的设计方式所得结构极易出现热短路现象，原因是：由于所用隔热材料不具有承载能力且结构需要承受较大的外部载荷，金属材料连接了外部热源与内部结构，外部载荷通过金属部件传递到内部结构，而相较于隔热材料，金属材料具有很高的导热系数，导致热量也很容易沿着力的传递路径传递，由于所用隔热材料不具有承载能力，因此力的传递路径上没有隔热材料，无法阻止热量传递到结构内部，导致热短路现象。
[0005]但是，并非所有的隔热材料都不具备承载能力，某些隔热材料对某种特定形式的载荷具有很强的承载能力，比如陶瓷材料具有很好的热防护能力的同时也具有很强的承压能力。若能将金属部件的某一部分进行结构设计，能够将通过该部分的任意形式的载荷均变为压力载荷，然后将隔热陶瓷材料制成的垫片填充于受压区就能够在力的传递路径上布置隔热材料，这样既能阻断热量沿金属部件的传递，又能在一定程度上提高结构的承载能力。
技术实现思路
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高效兼顾承载与隔热需求的连接机构，通过将金属部件的某一部位设计为可将任意形式的载荷均变为压力的结构并在承压区域填充隔热效果好、承压能力强的隔热陶瓷的方法阻断热量的传递路径，从而防止热短路现象的发生，达到热防护的目的；另外，由于陶瓷材料具有很强的抗压刚度，结构的承载能力也将得到一定程度的提升。本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种高效兼顾承载与隔热需求的连接机构，包括金属接头和隔热垫片3和两个矩
形金属杆A；
[0008]两个矩形金属杆A间设有金属接头，金属接头与矩形金属杆A的间隙中填充隔热垫片3；金属接头为榫卯结构，主要由十字型榫结构1与正方体框卯结构2组成；十字型榫结构1由连杆4和十字型榫头5组成，连杆4自由端与一矩形金属杆A连接；正方体框卯结构2由正方形金属环6与四个相同的金属杆7组成，金属杆7自由端与另一矩形金属杆A连接；正方形金属环6、金属杆7和矩形金属杆A构成一正方形孔洞8，正方形孔洞8的体积大于十字型榫结构1的体积，二者拼合后留有空隙，且其正方形孔洞8的边长大于十字型榫头5的厚度；隔热垫片3包括上部垫片9、中部连接垫片10和底部垫片11，均由隔热陶瓷制成，填充于金属接头的连接空隙，使得金属接头的十字型榫结构1与正方体框卯结构2之间不互相接触；金属接头与隔热垫片3的连接方式为无摩擦接触。
[0009]所述连杆4横截面为正方形，其截面小于矩形金属杆A截面，二者截面中心重合；十字型榫头5截面为一个正方形与四个矩形组成，矩形与正方形共边；十字型榫头5宽度同矩形金属杆A边长相同；其中正方形与连杆4横截面完全重合，十字型榫头5的厚度与矩形长边相同。
[0010]所述金属杆7横截面为正方形；正方形金属环6的外环边长与矩形金属杆A边长相同，内环边长与中部连接垫片10的外径边长相同，正方形金属环6的厚度、环宽与金属杆7截面边长相同。
[0011]所述上部垫片9和中部连接垫片10均呈正方形环；上部垫片9外径边长与矩形金属杆A边长相同，其内径边长与连杆4长度相同，其厚度为十字型榫结构1中矩形金属杆A与正方体框卯结构2的间距；中部连接垫片10厚度与外径边长分别同正方形金属环6的厚度与外环边长相同，其内径边长与连杆4边长相同；所述底部垫片11包括一个正方体框和四个相同的正方形环；正方体框外边长与正方形孔洞8的边长相同；正方体框顶部开有一孔洞，孔洞呈正方形，孔洞边长与连杆4边长相同；正方体框的四侧面中心分别开有相同的正方形孔，正方形孔边长与十字型榫头5的厚度相同；底部垫片11的正方形环的外径边长与正方形孔洞8边长相同，内径边长与十字型榫头2厚度相同，厚度与金属杆7横截面边长相同。
[0012]所述十字型榫结构1与正方体框卯结构2之间的相互作用形式均为挤压；所述隔热垫片3与金属接头之间无任何粘接处理。
[0013]连接机构具体拼接时，金属接头十字型榫结构1与正方体框卯结构2相套后，二者另一端分别拼接矩形金属杆A。
[0014]所述部件通过对金属结构的某一部分进行结构设计，将通过该部分的任意形式的载荷均变为压力载荷，然后将隔热陶瓷材料制成的垫片填充于受压区就能够在力的传递路径上布置具有很强抗压刚度的隔热材料；此方法实现了将隔热材料布置于热量传递路径上的目的，这样既能够阻断热量沿金属部件的传递，又能在一定程度上提高结构的承载能力。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016]1)本专利技术通过将隔热材料布置于热量的传输路径有效阻断了热量沿力的传递路径向内部结构的传递，消除了热短路现象。
[0017]2)本专利技术隔热材料与金属材料的布置方式是将隔热材料布置于金属材料接头的空隙区域，用少量的材料即取得良好的热防护效果，与传统金属材料和隔热材料分置的方法相比大大减少了隔热材料的用量，使得结构的重量大大下降。
[0018]3)本专利技术通过对金属结构的某一部分进行结构设计，将通过该部分的任意形式的载荷均变为压力载荷，然后将隔热陶瓷材料制成的垫片填充于受压区，在力的传递路径上布置具有很强抗压刚度的隔热材料的方法实现了将隔热材料布置于热量传递路径上的目的。这种设计将承受压力的部分金属部件替换为了具有很强抗压刚度的陶瓷材料，可在一定程度上提高结构的承载能力。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术的高效兼顾承载与隔热需求的连接机构的结构示意图。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高效兼顾承载与隔热需求的连接机构，其特征在于，该连接机构包括金属接头、隔热垫片(3)和两个矩形金属杆(A)；两个矩形金属杆(A)间设有金属接头，金属接头与矩形金属杆(A)的间隙中填充隔热垫片(3)；金属接头为榫卯结构，主要由十字型榫结构(1)与正方体框卯结构(2)组成；十字型榫结构(1)由连杆(4)和十字型榫头(5)组成，连杆(4)自由端与一矩形金属杆(A)连接；正方体框卯结构(2)由正方形金属环(6)与四个相同的金属杆(7)组成，金属杆(7)自由端与另一矩形金属杆(A)连接；正方形金属环(6)、金属杆(7)和矩形金属杆(A)构成一正方形孔洞(8)，正方形孔洞(8)的体积大于十字型榫结构(1)的体积，二者拼合后留有空隙，且其正方形孔洞(8)的边长大于十字型榫头(5)的厚度；隔热垫片(3)包括上部垫片(9)、中部连接垫片(10)和底部垫片(11)，均由隔热陶瓷制成，填充于金属接头的连接空隙，使得金属接头的十字型榫结构(1)与正方体框卯结构(2)之间不互相接触；金属接头与隔热垫片(3)的连接方式为无摩擦接触。2.根据权利要求1所述的高效兼顾承载与隔热需求的连接机构，其特征在于，连杆(4)横截面为正方形，其截面小于矩形金属杆(A)截面，二者截面中心重合；十字型榫头(5)截面为一个正方形与四个矩形组成，矩形与正方形共边；十字型榫头(5)宽度同矩形金属杆(A)边长相同；其中正方形与连杆(4)横截面完全重合，十字型榫头(5)的厚度与矩形长边相同。3.根据权利要求1或2所述的高效兼顾承载与隔热需求的连接机构，其特征在于，金属杆(7)横截面为正方形；正方形金属环(6)的外环边长与矩形金属杆(A)边长相同，内环边长与中部连接垫片(10)的外径边长相同，正方形金属环(6)的厚度、环宽与金属杆(7)截面边长相同。4.根据权利要求1或2所述的高效兼顾承载与隔热需求的连接机构，其特征在于，所述上部垫片(9)和中部连接垫片(10)均呈正方形环；上部垫片(9)外径边长与矩形金属杆(A)边长相同，其内径边长与连杆(4)长相同，其厚度为十字型榫结构(1)中矩形金属杆(A)与正方体框卯结构(2)的间距；中部连接垫片(10)厚度与外径边长分别同正方形金属环(6)的厚度与外环边长相同，其内径边长与连杆(4)边长相同；所述底部垫片(11)包括一个正方体框和四个相同的正方形环；正方体框外边长与正方形孔洞(8)的边长相同；正方体框顶部开有一孔洞，孔洞呈正方形，孔洞边长与连杆(4)...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘书田，李帅，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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