一种热防护毛细丝网复合壳体结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种热防护毛细丝网复合壳体结构及其制备方法，其特征在于包括热防护毛细丝网和壳体，所述热防护毛细丝网复合在壳体上，热防护毛细丝网仅包含单一方向排布的经向纤维，且纤维排布方向与热防护机制中液相工质流动方向相同，经向纤维之间构成了哑铃型单向有序微槽道。本发明专利技术采用了异种材料经向、纬向纤维差异化编织的方法，结合对纬向纤维的针对性去除的制备方法，在不影响毛细驱动力大小的前提下显著降低经向方向上液体流动阻力，提高了毛细结构整体的输运能力，可有效提升热管或疏导式热防护结构的传热能力。提升热管或疏导式热防护结构的传热能力。提升热管或疏导式热防护结构的传热能力。

【技术实现步骤摘要】
一种热防护毛细丝网复合壳体结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于本专利技术属于航空航天工程热物理、综合热管理或高速飞行器疏导式气动热防护系统
，提出了一种热管或者疏导式热防护用丝网结构。

技术介绍

[0002]在航空航天工业领域，编织丝网结构通常用来作为热管或者疏导式热防护结构中的液态工质毛细吸附结构。传统经纬向同种材料编织丝网，由于经纬向同时存在纤维，虽然丝网结构的毛细作用力较好，但液态在经纬两个流向上均存在与流动方向不一致的纤维取向，导致丝网毛细结构的流动阻力增加，丝网毛细结构的性能不能进一步发挥。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种热防护毛细丝网复合壳体结构及其制备方法，提高毛细结构整体的输运能力，可有效提升热管或疏导式热防护结构的传热能力。
[0004]本专利技术解决技术的方案是：一种热防护毛细丝网复合壳体结构，该结构包括热防护毛细丝网和壳体，所述热防护毛细丝网复合在壳体上，热防护毛细丝网仅包含单一方向排布的经向纤维，且纤维排布方向与热防护机制中液相工质流动方向相同，经向纤维之间构成了哑铃型单向有序微槽道。
[0005]优选地，丝网在编织过程中由经向、纬向两个方向的纤维构成，经向、纬向纤维分别选用不同的材料，经向纤维为丝网成型结构中需要保留的纤维结构，纬向纤维为丝网成型结构中需要去除的纤维结构。
[0006]本专利技术的另一个技术方案是：一种热防护毛细丝网复合壳体结构的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0007]按照预设的经纬向纤维丝的编织比例，编织纤维丝网；
[0008]对纤维丝网进行表面清洁干燥；
[0009]将丝网纤维丝网复合至固体壁面壳体；
[0010]采用物理或者化学方法将纬向纤维去除，保留经向纤维；
[0011]对去除纬向纤维后的纤维丝网复合固体壁面结构清洁干燥，得到单向纤维排布丝网复合固体壁面壳体结构。
[0012]优选地，采用经纬向平纹、斜纹或者缎纹编织方法编织纤维丝网。
[0013]优选地，所述复合处理方法为机械固定或激光、电子束、电阻点焊工艺中的一种。
[0014]优选地，物理去除方法为熔融、蒸发、升华或者溶剂溶解方法，化学去除方法为热解、炭化或氧化方法。
[0015]优选地，所述丝网结构所需的经向纤维直径d以及经向纤维之间间距l满足如下公式：
[0016][0017][0018]式中，p
cap,max
为丝网结构的最大毛细驱动力，σ为液态工质的表面张力系数，r
eff
为微孔隙的有效毛细半径。
[0019]优选地，所述经向纤维材质满足如下要求：
[0020]经向纤维材料的选用原则为，其纤维材质熔点需高于热防护工作过程中丝网的最高结构温度，同时在热防护工作过程中，液相工质与纤维材质在高温状态下保持物理与化学稳定性。
[0021]优选地，所述纬向纤维满足材质满足如下要求：
[0022]纬向纤维的材料选用原则为，纬向纤维材质应满足可行的物理与化学去除工艺要求，且其去除工艺不会对经向纤维的结构、材质、物理与化学性能产生附加影响。
[0023]优选地，编织纤维丝网采用经纬向平纹、斜纹或者缎纹编织方法。
[0024]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0025](1)、本专利技术热防护毛细丝网仅包含单一方向排布的经向纤维，且纤维排布方向与热防护机制中液相工质流动方向相同，经向纤维之间构成了哑铃型单向有序微槽道，显著降低经向方向上液体流动阻力，提高了毛细结构整体的输运能力，可有效提升热管或疏导式热防护结构的传热能力；
[0026](2)、本专利技术采用了异种材料经向、纬向纤维差异化编织的方法，结合对纬向纤维的针对性去除的制备方法，可以在不影响毛细驱动力大小的前提下，显著提高丝网结构的整体孔隙率。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例高孔隙率低流动阻力毛细纤维丝网结构设计制备流程图；
[0028]图2(a)为本专利技术实施例经纬向异种纤维编织毛细丝网结构俯视图；
[0029]图2(b)为本专利技术实施例经纬向异种纤维编织毛细丝网结构剖视图；
[0030]图3为本专利技术实施例高孔隙率低流动阻力毛细纤维丝网复合壳体结构；
[0031]图4为本专利技术实施例去除纬向纤维的高孔隙率低流动阻力丝网复合壳体结构；
[0032]图5(a)为本专利技术实施例去除纬向纤维前丝网代表性结构单元剖视图及其特征尺寸；
[0033]图5(b)为本专利技术实施例去除纬向纤维前丝网代表性结构单元俯视图及其特征尺寸；
[0034]图6(a)为本专利技术实施例去除纬向纤维后的丝网代表性结构单元剖视图及其特征尺寸；
[0035]图6(b)为本专利技术实施例去除纬向纤维后的丝网代表性结构单元俯视图及其特征尺寸。
具体实施方式
[0036]下面结合实施例对本专利技术作进一步阐述。
[0037]本专利技术提供了一种热防护毛细丝网复合壳体结构，该复合壳体结构包括热防护毛细丝网和壳体，所述热防护毛细丝网复合在壳体上，热防护毛细丝网仅包含单一方向排布的经向纤维，且纤维排布方向与热防护机制中液相工质流动方向相同，经向纤维之间构成了哑铃型单向有序微槽道。
[0038]丝网在编织过程中由经向、纬向两个方向的纤维构成，经向、纬向纤维分别选用不同的材料，经向纤维为丝网成型结构中需要保留的纤维结构，纬向纤维为丝网成型结构中需要去除的纤维结构。该毛细丝网由于保留了经向纤维结构、去除了纬向纤维结构，可以在不影响毛细驱动力大小的前提下，显著降低经向方向上液体流动阻力，同时显著提高丝网结构的整体孔隙率，因而提高了毛细结构整体的输运能力，可有效提升热管或疏导式热防护结构的传热能力。
[0039]图1给出了高孔隙率低流动阻力毛细纤维丝网结构设计制备流程图，如图所示，上述热防护毛细丝网复合壳体结构采用如下步骤进行制备而成：
[0040]S1、按照预设的经纬向纤维丝的编织比例，编织纤维丝网；
[0041]针对热防护需求所决定的丝网最大毛细驱动力、孔隙率，基于毛细驱动力与孔隙微结构有效毛细半径的公式，联合孔隙率公式，可最终确定纤维直径d以及纤维之间间距I。
[0042]最大毛细驱动力p
cap,max
满足如下公式：
[0043][0044][0045]式中，σ为液态工质的表面张力系数，r
eff
为微孔隙的有效毛细半径。
[0046]本专利技术根据丝网工作温度和润湿工质的相容性选定丝网结构材料。
[0047]经向纤维为最终保留的纤维，以热管或疏导结构的工作温度、丝网结构与热管工质的化学相容性为原则，考虑纤维的材料熔点、化学稳定性，进行丝网纤维材料的选型；经向纤维材料的选用原则为，其纤维材质熔点需高于热防护工作过程中丝网的最高结构温度，同时在热防护工作过程中，液相工质与纤维材质在高温状态下保持物理与化学稳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热防护毛细丝网复合壳体结构，其特征在于包括热防护毛细丝网和壳体，所述热防护毛细丝网复合在壳体上，热防护毛细丝网仅包含单一方向排布的经向纤维，且纤维排布方向与热防护机制中液相工质流动方向相同，经向纤维之间构成了哑铃型单向有序微槽道。2.根据权利要求1所述的一种热防护毛细丝网复合壳体结构，其特征在于丝网在编织过程中由经向、纬向两个方向的纤维构成，经向、纬向纤维分别选用不同的材料，经向纤维为丝网成型结构中需要保留的纤维结构，纬向纤维为丝网成型结构中需要去除的纤维结构。3.根据权利要求1所述一种热防护毛细丝网复合壳体结构的制备方法，其特征在于包括如下步骤：按照预设的经纬向纤维丝的编织比例，编织纤维丝网；对纤维丝网进行表面清洁干燥；将丝网纤维丝网复合至固体壁面壳体；采用物理或者化学方法将纬向纤维去除，保留经向纤维；对去除纬向纤维后的纤维丝网复合固体壁面结构清洁干燥，得到单向纤维排布丝网复合固体壁面壳体结构。4.根据权利要求3所述的一种热防护毛细丝网复合壳体结构的制备方法，其特征在于采用经纬向平纹、斜纹或者缎纹编织方法编织纤维丝网。5.根据权利要求3所述的一种热防护毛细丝网复合壳体结构的制备方法，其特征在于复合处理方法为机械固定或激光、电子束、电阻点焊工艺中的一种。6.根据权利要求3所述的一种热防护毛细丝网复合壳体结构的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗晓光，聂榕序，宋立业，胡龙飞，高俊杰，邓代英，陈思员，俞继军，艾邦成，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：