(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタンドオフパネル熱防護システム1であって、
サンドイッチパネル10であって、
第1のセラミックマトリックス複合材表面板12及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板14と、
セラミックマトリックス複合材コア16であって、前記第1のセラミックマトリックス複合材表面板12と前記第2のセラミックマトリックス複合材表面板14との間に配置され、前記セラミックマトリックス複合材コア16が周縁16aを有し、前記第1のセラミックマトリックス複合材表面板12及び前記第2のセラミックマトリックス複合材表面板14が、前記周縁16aを越えて延伸して、前記第1のセラミックマトリックス複合材表面板12と前記第2のセラミックマトリックス複合材表面板14との間に前記セラミックマトリックス複合材コア16を囲むギャップ18を形成する、セラミックマトリックス複合材コア16と、
前記サンドイッチパネル10を通して形成された複数の孔22と、
前記ギャップ18に配置された柔軟物品シール20と、
複数の断熱構成要素30、32と、
複数のスタンドオフブラケット26と、
前記サンドイッチパネル10を前記複数のブラケット26に結合するために前記複数の孔22を通して配置可能である複数の締め具24と、を備えるサンドイッチパネル10を備える、スタンドオフパネル熱防護システム1。
【請求項２】
前記セラミックマトリックス複合材コア16が、酸化物セラミックマトリックス複合材又は非酸化物セラミックマトリックス複合材から選択される少なくとも1つの材料を含む、トラスコアである、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記柔軟物品シール20が、セラミック織布及びアルミナ繊維中綿断熱材を含む、請求項1又は2に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数のスタンドオフブラケット26のそれぞれが、セラミックマトリックス複合材料又は高温金属材料を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の締め具24のそれぞれが、セラミック材料を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記サンドイッチパネル10の前記複数の孔22のそれぞれを囲むように配置された補強用セラミックインサート36を更に備える、請求項1から5のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記サンドイッチパネル10の前記複数の孔22のそれぞれを囲むように配置されたカップワッシャロック機構38を更に備える、請求項1から6のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
請求項1から7のいずれか一項に記載のスタンドオフパネル熱防護システム1を組み立てる方法であって、
前記スタンドオフブラケット26を下部構造28に取り付けるステップと、
前記複数の断熱構成要素30、32を前記スタンドオフブラケット26同士の間及び周りに配置するステップと、
前記サンドイッチパネル10を前記締め具24により前記スタンドオフブラケット26に取り付けるステップであって、前記締め具24はセラミック締め具であり、前記複数の孔22は前記サンドイッチパネル10を通して形成され、前記柔軟物品シール20が前記ギャップ18に配置される、ステップと
を備える、方法。
【請求項９】
前記サンドイッチパネルが、前記サンドイッチパネル10の前記複数の孔22のそれぞれを囲むように配置されたカップワッシャロック機構38を備え、前記方法が、前記締め具24Aを前記カップワッシャにより所定位置にロックするステップを更に含む、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
下部構造28と、
請求項1から7のいずれか一項に記載の複数のスタンドオフパネル熱防護システム1と
を備える飛行体であって、
前記複数の断熱構成要素30、32が各サンドイッチパネル10と前記下部構造28の間に配置され、
前記複数のスタンドオフブラケット26が各サンドイッチパネル10と前記下部構造の間に配置され、前記スタンドオフブラケット26が前記下部構造28に取り付けられ、
前記複数の締め具24が各サンドイッチパネル10を前記複数のブラケット26に結合するために前記複数の孔22を通して配置され、
好ましくは、各サンドイッチパネル10の前記第2のセラミックマトリックス複合材表面板14が、前記飛行体の最外側面部を提供し、各サンドイッチパネル10用の前記複数の締め具24が、前記最外側面部52で外部からアクセス可能である、飛行体。
【請求項１１】
前記ブラケット26が、第1の角度及び第2の角度を有し、前記サンドイッチパネル10の熱膨張が起きた場合に、前記第1の角度及び前記第2の角度を減少させるように前記ブラケット26が曲がるように、前記ブラケット26が配向されている、請求項10に記載の飛行体。
【請求項１２】
前記第1のセラミックマトリックス複合材表面板及び前記第2のセラミックマトリックス複合材表面板が、酸化物セラミックマトリックス複合材又は非酸化物セラミックマトリックス複合材から選択される少なくとも1つの材料を含む、請求項10又は11に記載の飛行体。
【請求項１３】
前記柔軟物品シール20がセラミック織布及びアルミナ繊維中綿断熱材を含むこと、
前記複数の締め具24のそれぞれがセラミック材料を含むこと、
前記サンドイッチパネル10の前記複数の孔22のそれぞれを囲むように配置された補強用セラミックインサート36
の1つ以上を有する、請求項10から12のいずれか一項に記載の飛行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、飛翔体用のスタンドオフパネル熱防護システム及び同システムを製作する方法に向けられる。
【背景技術】
【０００２】
再使用型打上飛翔体及び極超音速飛翔体は、熱防護システムを利用して、飛行中に経験される高熱荷重から主要構造、燃料、及び内部構成要素を防護する。過去には、アブレータ、統合高温構造、相変化材料、及び、寄生性（parasitic）のスタンドオフパネルシステム、貼合セラミックタイル、熱ブランケット、並びに、酸化物CMC巻付けセラミックタイルを含む、他の各種の寄生性システムを含む、熱防護システム用の各種のアーキテクチャが用いられてきた。
【０００３】
従前の寄生性のスタンドオフパネル構成は、飛翔体の露出面を構成する構造要素として超合金金属ハニカムパネル又は非酸化物積層パネルを用いてきた。パネルは、典型的に、金属締め具によりスタンドオフブラケットに取り付けられ、締め具は、高温への露出により生じる構造的問題を避けるために表面に露出しないように設置される。このことは、アクセスプラグ若しくは同様の形態がパネルに統合されることを必要とするか、又は、パネル間のギャップが締め具を設置するための十分なアクセスをもたらすのに十分に大きいことを必要とする。パネルギャップへのパネルの封着は、従前には、硬質複合材シール若しくは金属シール、セラミック布柔軟シール、又は両方の組合せにより実現されてきた。シールは、典型的に個別部品として設置され、このことは、完全なTPSパネルアレイの飛翔体統合を難しくする場合がある。さらに、超合金金属ハニカムスタンドオフパネルは、約1500°Fのピーク温度範囲に温度性能が限定されていた。このことは、2400°F以上までの温度を経験する場合がある典型的な打上飛翔体の全ての面積領域にとって超合金金属ハニカムスタンドオフパネルを適しないものにする。
【０００４】
スペースシャトルに適用されるような貼合TPSタイルは、設置及び修理が非常に高価となることが判明している。各タイルは、注文部品であり、設置に著しい時間量を要する。加えて、この種のシステムは、時間がかかり高価である防水加工をフライトとフライトの間に必要とする。酸化物CMC巻付けタイルも、水分吸収による重量の増加を避けるための防水加工をフライトとフライトの間に必要とする。
【０００５】
過去に提案された非酸化物積層スタンドオフパネル設計は、代替的なTPS解決策に勝る構造効率を有していない。金属ハニカムパネルも、重くなりがちであり、このことは、航空機及び他の飛行体の設計上の問題となる場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
よって、当該技術においては、熱防護システム及びそのような熱防護システムの設置方法を改良する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、スタンドオフパネル熱防護システムに向けられる。システムは、第1のセラミックマトリックス複合材表面板及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板を備える、サンドイッチパネルを備える。セラミックマトリックス複合材コアは、第1のセラミックマトリックス複合材表面板と第2のセラミックマトリックス複合材表面板との間に配置される。セラミックマトリックス複合材コアは周縁を有する。第1のセラミックマトリックス複合材表面板及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板は、周縁を越えて延伸して、第1のセラミックマトリックス複合材表面板と第2のセラミックマトリックス複合材表面板との間にセラミックマトリックス複合材コアを囲むギャップを形成する。複数の孔は、サンドイッチパネルを通して形成される。熱防護システムは、ギャップに配置された柔軟物品シールと、複数の断熱構成要素と、複数のスタンドオフブラケットと、サンドイッチパネルを複数のブラケットに結合するために複数の孔を通して配置可能である複数の締め具とを更に備える。
【０００８】
本開示は、スタンドオフパネル熱防護システムを組み立てる方法にも向けられる。方法は、スタンドオフブラケットを下部構造に取り付けることを含む。複数の断熱構成要素は、スタンドオフブラケット同士の間及び周りに配置される。サンドイッチパネルは、セラミック締め具によりスタンドオフブラケットに取り付けられる。サンドイッチパネルは、第1のセラミックマトリックス複合材表面板及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板を備える。セラミックマトリックス複合材コアは、第1のセラミックマトリックス複合材表面板と第2のセラミックマトリックス複合材表面板との間に配置される。セラミックマトリックス複合材コアは周縁を有する。第1のセラミックマトリックス複合材表面板及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板は、周縁を越えて延伸して、第1のセラミックマトリックス複合材表面板と第2のセラミックマトリックス複合材表面板との間にセラミックマトリックス複合材コアを囲むギャップを形成する。複数の孔は、サンドイッチパネルを通して形成される。柔軟物品シールはギャップに配置される。
【０００９】
本出願は、飛行体に更に向けられる。飛行体は、下部構造及びスタンドオフパネル熱防護システムを備える。熱防護システムは複数のサンドイッチパネルを備える。各サンドイッチパネルは、第1のセラミックマトリックス複合材表面板及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板を備える。セラミックマトリックス複合材コアは、第1のセラミックマトリックス複合材表面板と第2のセラミックマトリックス複合材表面板との間に配置される。セラミックマトリックス複合材コアは周縁を有する。第1のセラミックマトリックス複合材表面板及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板は、周縁を越えて延伸して、第1のセラミックマトリックス複合材表面板と第2のセラミックマトリックス複合材表面板との間にセラミックマトリックス複合材コアを囲むギャップを形成する。複数の孔は、各サンドイッチパネルを通して形成される。熱防護システムは、各サンドイッチパネルのギャップに配置された柔軟物品シールを更に備える。複数の断熱構成要素は、各サンドイッチパネルと下部構造の間に配置される。複数のスタンドオフブラケットは、各サンドイッチパネルと下部構造の間に配置され、スタンドオフブラケットは、下部構造に取り付けられる。複数の締め具は、各サンドイッチパネルを複数のブラケットに結合するために複数の孔を通して配置される。
【００１０】
本開示の熱防護システム及び方法は、以下の利益、すなわち、整備コスト及び／又は修理コストの減少、損傷許容性の増加、温度性能の増加、重量の減少、比強度の増加、構造効率の増加、設置容易性の増加、再防水加工の必要を伴わない反復使用、十分な強度特性及び剛性特性をもたらしながら最大2400°Fまでの高温に耐える可能性、のうちの1つ又は複数をもたらすことができる。
【００１１】
前述の概説と以下の詳細な説明との両方は、単なる例示及び説明であり、特許請求されるような本教示を制限しないことを理解されたい。
【００１２】
添付の図面は、この明細書に組み込まれ、その一部を構成するものであり、本教示の態様を例示し、説明と併せて本教示の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示のある態様による、下部構造に取り付けられる熱防護システムのサンドイッチパネルの斜視図を例示しており、サンドイッチパネルを下部構造に取り付けるために用いられる締め具及びブラケットの分解図を含む。
【図２】本開示のある態様による、サンドイッチパネルのギャップに配置された予め統合された柔軟物品シールを含む、図1のサンドイッチパネル及び締め具の部分断面図を例示する。
【図３Ａ】本開示のある態様による、断熱構成要素がサンドイッチパネルと下部構造の間に配置されたサンドイッチパネルの斜視図を示しており、図3Aのギャップの外に配置された柔軟物品シールの図及び図3Bのギャップに配置された柔軟物品シールの図を含む。
【図３Ｂ】本開示のある態様による、断熱構成要素がサンドイッチパネルと下部構造の間に配置されたサンドイッチパネルの斜視図を示しており、図3Aのギャップの外に配置された柔軟物品シールの図及び図3Bのギャップに配置された柔軟物品シールの図を含む。
【図４Ａ】本開示のある態様による、図1のサンドイッチパネルの孔を取り囲むように配置されたカップワッシャ締め具ロック機構を示す。
【図４Ｂ】本開示のある態様による、カップワッシャロック機構が係合された状態で、熱防護システムの最外側面と面一に配置された、図1の締め具を示す。
【図５】本開示のある態様によるスタンドオフブラケットの概略側面図を示す。
【図６Ａ】本開示のある態様による、各サンドイッチパネルと下部構造の間でスタンドオフブラケットの周りに配置された複数の断熱構成要素を示す。
【図６Ｂ】本開示のある態様による、各サンドイッチパネルと下部構造の間でスタンドオフブラケットの周りに配置された複数の断熱構成要素を示す。
【図７Ａ】本開示のある態様による、スタンドオフパネル熱防護システムを組み立てる方法を例示する。
【図７Ｂ】本開示のある態様による、スタンドオフパネル熱防護システムを組み立てる方法を例示する。
【図７Ｃ】本開示のある態様による、スタンドオフパネル熱防護システムを組み立てる方法を例示する。
【図７Ｄ】本開示のある態様による、スタンドオフパネル熱防護システムを組み立てる方法を例示する。
【図７Ｅ】本開示のある態様による、スタンドオフパネル熱防護システムを組み立てる方法を例示する。
【図７Ｆ】本開示のある態様による、スタンドオフパネル熱防護システムを組み立てる方法を例示する。
【図８】本開示のある態様による飛行体の斜視図を例示する。図の一部の詳細は、単純化され、厳密な構造上の精度、詳細、及び寸法を維持するよりも理解を促すために描かれていることに留意されたい。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本教示が詳細に参照されており、その例が添付の図面に例示される。図面において、同一の要素を指すために同様の参照数字が全体を通して用いられる。以下の説明において、説明の一部を形成する添付の図面を参照しており、図面には、本教示を実践する具体例が例示のために示される。したがって、以下の説明は単なる例示である。
【００１５】
本出願は、寄生性のスタンドオフパネル熱防護システム（「TPS」）1に向けられ、その図が本開示の図1〜図7に示される。図1を参照すると、TPS1は、複数のサンドイッチパネル10を備える。各サンドイッチパネル10は、第1のセラミックマトリックス複合材表面板12及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板14を備える。セラミックマトリックス複合材コア16は、第1のセラミックマトリックス複合材表面板12と第2のセラミックマトリックス複合材表面板14との間に配置される。図1に示されるセラミックマトリックス複合材コア16は、露出した周縁16Aを有する。第1のセラミックマトリックス複合材表面板12及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板14は、周縁16Aを越えて延伸して、第1のセラミックマトリックス複合材表面板12と第2のセラミックマトリックス複合材表面板14との間にギャップ18を形成する。ギャップ18は、サンドイッチパネル10の縁部全体の周りに延伸する。柔軟物品シール20は、図2、図3A及び図3Bに示されるように、ギャップ内に配置される。シール20は、サンドイッチパネル10の周縁全体の周りに延伸する。
【００１６】
第1のセラミックマトリックス複合材表面板12及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板14は、任意の適した酸化物セラミックマトリックス複合材料又は非酸化物セラミックマトリックス複合材料を含むことができる。適した酸化物セラミックマトリックス複合材料又は非酸化物セラミックマトリックス複合材料は、当該技術において周知である。ある実施形態において、材料は、炭化ケイ素マトリックス内に炭化ケイ素繊維、炭素繊維又は両方を含む、非酸化物マトリックス複合材料である。セラミックマトリックス複合材コア16は、任意の適した酸化物セラミックマトリックス複合材料又は非酸化物セラミックマトリックス複合材料も含む。これは、例えば、炭化ケイ素マトリックス内に炭化ケイ素繊維、炭素繊維又は両方を含む複合材料とすることもできる。表面板及びコア用のセラミックマトリックス複合材料は、同じ材料のタイプ（例えば、共に酸化物CMCであるか又は共に非酸化物CMCである）又は異なる材料のタイプとすることができる。
【００１７】
一例において、表面板及びセラミックマトリックス複合材コアを含むサンドイッチパネル10は、C／SiC（例えば、炭化ケイ素マトリックス内の炭素繊維）又はSiC／SiC（例えば、炭化ケイ素マトリックス内の炭化ケイ素繊維）のトラスコアパネルの形態を成す。このようなパネルは、代替的なスタンドオフパネル設計と比べて構造効率及び温度性能の増加をもたらすことができる。このようなパネルの例は、当該技術において知られている。
【００１８】
柔軟物品シール20は、所望のシール構造に織られたアルミナ、シリカ、炭素繊維又は炭化ケイ素繊維から選択される少なくとも1つの材料を含む。適した柔軟物品シールは、当該技術において概ね周知である。このようなシールの例は、アルミナ繊維中綿断熱材が充填されたセラミック織布を含む、NEXTEL（商標）柔軟織物シールソック（woven soft goods seal sock）である。柔軟物品シール20は、シール下方の領域へのプラズマフローを防止し又は減少させながら、例えば2400°Fの高温に耐えることができる。柔軟物品シール20は、パネルが熱膨張を受けるときに変形するのに十分な追従性も有する。柔軟物品シール20を熱防護システムの組立に先立ち任意の適した様式でギャップ18に予め統合することができる。例えば、柔軟物品シールをギャップ18の所定位置に縫い込むことができ、又は圧縮嵌めにより所定位置に保持することができる。
【００１９】
サンドイッチパネル10を高温用途に適した締結システムを用いて任意の所望の下部構造に締結することができる。図1及び図7Eを参照すると、複数の締め具24は、サンドイッチパネル10を複数のスタンドオフブラケット26に結合するために、サンドイッチパネルを通して形成された複数の孔22を通して配置可能である。スタンドオフブラケット26は、各サンドイッチパネル10と、TPSが取り付けられるべき下部構造28との間に配置される。例えば、スタンドオフブラケット26を下部構造28に取り付けることができ、各サンドイッチパネル10を複数のブラケット26に結合するために複数の締め具24を複数の孔22を通して配置することができる。このようにして、サンドイッチパネル10が下部構造から所望の距離Dだけ離間するように、スタンドオフブラケット26を用いて、サンドイッチパネル10を下部構造28に結合することができる。
【００２０】
任意の適した締め具24を利用することができ、それらの一例は、図1に例示されるように、ボルト24A、ワッシャ24B、ナット24C及びナットリテーナ24Dを含む。ナットリテーナ24Dは、熱防護システムの組立中にナットを所定位置に保持するように機能する。ナットリテーナ24Dをスタンドオフブラケット26に取り付けるなどの任意の適した様式で、ナットリテーナ24Dを所定位置に保持することができる。
【００２１】
複数の締め具24及びスタンドオフブラケット26を、サンドイッチパネル10を下部構造28の所定位置に維持するための所望の構造支持をもたらすことができる任意の適した高温材料で作ることができる。適した材料は、アルミナなどのセラミック及び高温金属材料を含む。パネルプラグ又は他の形態により締め具を防護する必要を伴わずに極限環境に耐えることができるように、セラミック締め具材料を選択することができる。例えば、材料は、地球大気圏への再突入の際に及び／又は極超音速で、顕著な特性劣化又は過剰な熱膨張を伴わずに、飛行体により経験される高温に耐えることを可能にすることができる。一例において、締め具24A、24B、24C及びスタンドオフブラケット26は、アルミナなどのセラミック材料を含み、ナットリテーナ24Dは、（以下で記述するような）高温金属で作られる。締め具24A、24B及び24Cに用いることができるセラミック材料の一例は、ウィスカー強化アルミナセラミックマトリックス複合材である、Greeenleafにより生産されたWG−300である。ナットリテーナを、ニッケル超合金金属材料である、Haynes Internationalにより生産されたHAYNES 282などの任意の適した高温金属で作ることができる。
【００２２】
図2に示されるように、孔22を補強し、荷重に反応し、及び／又は荷重を表面板12、14に分散させるように、補強用セラミックマトリックス複合材インサート36をサンドイッチパネル10の複数の孔のそれぞれを囲むように配置することができる。概して、補強用インサートは、低温度高分子マトリックス複合材における使用が知られている。しかし、補強用インサートは、本開示のサンドイッチパネル10に利用されるセラミックマトリックス複合材との使用が知られていない。補強用インサートは、上述された補強をもたらし、このことは、以下で記述されるように、締め具への容易なアクセスをもたらすとともに、サンドイッチパネル10の外側面と同一平面に配置される締め具24により比較的滑らかな外側面を可能にしながら、締め具24がサンドイッチパネル10を所定位置に保持することを可能にする。補強用セラミックインサート36は、例えば、所望の補強特性をもたらすことができるセラミックマトリックス複合材（「CMC」）材料の形態のセラミック繊維（例えば、炭化ケイ素繊維又は炭素繊維）を含む。ある例において、セラミックインサート36をセラミックマトリックス複合材コアと同じ材料で作ることができ、パネルコアにおいて同時硬化させ又は重ねられることができる。用語「重ねられる」は、複合部品を生産するためのプロセス中において、別個の時間に機械的に設置されるのとは反対に、同じ製作プロセス中にインサートをパネルの一部として製作できることを意味する。ある例において、インサート36を2次元（2D）又は３次元（3D）の積層体とすることができる。セラミックインサート36は、孔22の所望の補強をもたらすであろう任意の適した形状又はサイズを有することができる。例えば、インサート36は、約2〜約3インチなど約1〜約5インチの範囲の直径を伴う円筒形状又は「パック」形状を有することができる。インサートを、図4Bに示されるように、締め具が熱防護システムの最外側面と面一となるように、締め具を受容するように形作ることができる。
【００２３】
図4Aを参照すると、カップワッシャロック機構38をサンドイッチパネルの複数の孔のそれぞれを囲むように配置することができる。カップワッシャロック機構は、図4Bに示されるように、締め具24Aのヘッドの溝へ折られるタブ40を含むことができる。このことは、締め具が回転し、それにより孔22内で緩むことを防ぐことができる。このようなカップワッシャロック機構は、当該技術において概ね知られている。
【００２４】
スタンドオフブラケット26を、打上中及び飛行中の高い荷重の経験に反応するのに十分な強度及び剛性を維持しながら、屈曲してパネルの熱膨張に適応するように設計することができる。スタンドオフブラケット26を任意の所望の様式で配置することができる。しかし、図1に示されるのと同様にスタンドオフブラケット26を配向することは、図5に示されるように角度A及びBを減少させるようにパネル熱膨張がブラケットを曲げ易いので、スタンドオフブラケットの層間引張り破壊の可能性を減少させることができる。
【００２５】
図6A及び図6Bを参照すると、複数の断熱構成要素30、32を各サンドイッチパネル10と下部構造28の間でスタンドオフブラケット26の周りに配置することができる。断熱構成要素30、32を表面板12と熱的に連通させて配置することができる。断熱構成要素は、熱を吸収し、熱イベントにより生じた下部構造28の温度増加を減少させ、それにより所望の熱防護をもたらすことができる。
【００２６】
水分吸収に抵抗するとともに、所望の断熱特性をもたらしながら高温に耐えることができる、任意の適した断熱構成要素を利用することができる。ある例として、断熱構成要素30、32のそれぞれは、断熱材料33が充填された耐水性バッグ31を備える。耐水性バッグは、温度限界に耐えることができる超合金などの金属箔を含むことができる。このような金属材料の一例は、ニッケル、クロム、オーステナイト、及び1つ若しくは複数の他の成分を含む超合金である、INCONEL（登録商標）箔である。バッグは、加圧を減少させ及び／又は防止するための1つ又は複数の通気孔34を有することができる。バッグ内の断熱材料33は、比較的低い密度の断熱材、例えば、立方フィート当り約3〜約6ポンド（pcf）などの立方フィート当り約1ポンド〜約10ポンドの密度を有する中綿とすることができる。５つの断熱構成要素が図6Aに例示されるが、サンドイッチパネル10のサイズ及び形状と断熱構成要素自体のサイズ及び形状との両方に応じて、任意の適した数の断熱構成要素を利用することができる。
【００２７】
図7A〜図7Fを参照すると、本出願は、スタンドオフパネル熱防護システムを組み立てる方法にも向けられる。方法は、図7Aに示されるように、スタンドオフブラケット26を下部構造28に取り付けることを含む。複数の断熱構成要素30、32は、図7B、図7C及び図7Dに示されるように、スタンドオフブラケット26同士の間及び周りに配置される。サンドイッチパネル10は、図7Eに示されるように、締め具24によりスタンドオフブラケット26に取り付けられ、柔軟物品シール20は、図3A及び図3Bに関して上述され示されたように、ギャップ18内に配置される。本明細書に記述されるサンドイッチパネル10のいずれかを本開示の方法に利用することができる。上述されたようなカップワッシャロック機構38を用いて、締め具24を締め付けて、所定位置にロックすることができる。完成すると、完全な熱防護システムは、例えば図7Fに示されるように、例えば飛行体の下部構造28の外側面を形成するように下部構造28に取り付けられたサンドイッチパネル10のアレイを備えることができる。
【００２８】
図8を参照すると、本開示は飛行体50にも向けられる。飛行体は、飛翔体本体の下部構造と、下部構造に結合された本開示のスタンドオフパネル熱防護システム1のうちのいずれかとを備えることができる。飛行体は、例えば、ロケット、航空機又は再使用型宇宙船などの宇宙船であることができる。サンドイッチパネル10と、各サンドイッチパネル10と飛翔体本体の下部構造との間に配置された複数の断熱構成要素は、地球大気圏への再突入の際又は極超音速飛行中に起き得るような極度の熱イベントから飛行体を防護することができる。
【００２９】
図1及び図8を見て理解できるように、各サンドイッチパネル10の第2のセラミック表面板14（図1に示される）は、飛行体の最外側面52（図8に示される）の一部を提供する。各サンドイッチパネル10のための複数の締め具24は、図4Bに示されるように、飛行体の最外側面部52で外部からアクセス可能である。
【００３０】
パネルの最外側面から締め具を設置する可能性は、設置時間及び／又は交換時間及びコストを減少させることができる。従来、TPSシステムを飛翔体構造に取り付ける締め具は、高温への露出を避けるために表面の下に隠されてきた。このことは、システムへの統合が複雑となる場合がある、締め具を覆うパネル内にプラグ又はインサートなどのアクセス形態を必要とする。代替的なアプローチは、パネル間の締め具へのアクセスをもたらすことを伴い、このことは、頑丈な封着コンセプトの統合を難しくする。本開示のTPSシステムは、外側面からの締め具アクセスをもたらすことにより設置を単純化し、このことは、システム全体の信頼性を改善し、及び／又は設置、整備、及び修理コストを減少させることができる。上で議論されたような事前設置シール20の使用は、予め統合された構成要素としてシール20がサンドイッチパネルにより設置されるので、設置を更に単純化することができる。このことは、代替的な設計において難しくなることが判明している追加の設置ステップを取り除く。本開示のパネル設計は、例えば、一部の用途における防水加工など、幾つかの材料の必要を排除し又は減少させることもできる。
【００３１】
広範な本開示を提示する数値範囲及びパラメータは概算であるが、具体例に提示される数値は、可能な限り正確に報告される。しかし、いかなる数値も、それぞれの試験測定装置に見られる標準偏差により必然的に生じる幾らかの誤差を本質的に含む。また、本明細書に開示される全ての範囲は、それらに包摂される任意及び全ての部分範囲を包含するものと理解されたい。
【００３２】
さらに、本開示は、以下の条項による実施形態を含む。
条項1．サンドイッチパネルであって、第1のセラミックマトリックス複合材表面板及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板と、セラミックマトリックス複合材コアであって、第1のセラミックマトリックス複合材表面板と第2のセラミックマトリックス複合材表面板との間に配置され、セラミックマトリックス複合材コアが周縁を有し、第1のセラミックマトリックス複合材表面板及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板が、周縁を越えて延伸して、第1のセラミックマトリックス複合材表面板と第2のセラミックマトリックス複合材表面板との間にセラミックマトリックス複合材コアを囲むギャップを形成する、セラミックマトリックス複合材コアと、サンドイッチパネルを通して形成された複数の孔とを備える、サンドイッチパネルと、ギャップに配置された柔軟物品シールと、複数の断熱構成要素と、複数のスタンドオフブラケットと、サンドイッチパネルを複数のブラケットに結合するために複数の孔を通して配置可能である複数の締め具とを備える、スタンドオフパネル熱防護システム。
【００３３】
条項2．第1のセラミックマトリックス複合材表面板及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板が、酸化物セラミックマトリックス複合材又は非酸化物セラミックマトリックス複合材から選択される少なくとも1つの材料を含む、条項1に記載のシステム。
【００３４】
条項3．セラミックマトリックス複合材コアが、酸化物セラミックマトリックス複合材又は非酸化物セラミックマトリックス複合材から選択される少なくとも1つの材料を含む、トラスコアである、条項1に記載のシステム。
【００３５】
条項4．柔軟物品シールが、セラミック織布及びアルミナ繊維中綿断熱材を含む、条項1に記載のシステム。
【００３６】
条項5．複数のスタンドオフブラケットのそれぞれが、セラミックマトリックス複合材料又は高温金属材料を含む、条項1に記載のシステム。
【００３７】
条項6．複数の締め具のそれぞれが、セラミック材料を含む、条項1に記載のシステム。
【００３８】
条項7．サンドイッチパネルの複数の孔のそれぞれを囲むように配置された補強用セラミックインサートを更に備える、条項1から6のいずれか一項に記載のシステム。
【００３９】
条項8．サンドイッチパネルの複数の孔のそれぞれを囲むように配置されたカップワッシャロック機構を更に備える、条項7に記載のシステム。
【００４０】
条項9．スタンドオフパネル熱防護システムを組み立てる方法であって、スタンドオフブラケットを下部構造に取り付けるステップと、複数の断熱構成要素をスタンドオフブラケット同士の間及び周りに配置するステップと、サンドイッチパネルをセラミック締め具によりスタンドオフブラケットに取り付けるステップとを含み、サンドイッチパネルが、第1のセラミックマトリックス複合材表面板及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板と、セラミックマトリックス複合材コアであって、第1のセラミックマトリックス複合材表面板と第2のセラミックマトリックス複合材表面板との間に配置され、セラミックマトリックス複合材コアが周縁を有し、第1のセラミックマトリックス複合材表面板及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板が、周縁を越えて延伸して、第1のセラミックマトリックス複合材表面板と第2のセラミックマトリックス複合材表面板との間でセラミックマトリックス複合材コアを囲むギャップを形成する、セラミックマトリックス複合材コアと、サンドイッチパネルを通して形成された複数の孔と、ギャップに配置された柔軟物品シールとを備える、方法。
【００４１】
条項10．サンドイッチパネルが、サンドイッチパネルの複数の孔のそれぞれを囲むように配置されたカップワッシャロック機構を備え、方法が、締め具をカップワッシャにより所定位置にロックするステップを更に含む、条項9に記載の方法。
【００４２】
条項11．下部構造が、ロケット、航空機又は飛行船のうちの１から選択された物体である、条項9に記載の方法。
【００４３】
条項12．下部構造とスタンドオフパネル熱防護システムとを備える飛行体であって、スタンドオフパネル熱防護システムが、複数のサンドイッチパネルであって、各サンドイッチパネルが、第1のセラミックマトリックス複合材表面板及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板と、セラミックマトリックス複合材コアであって、第1のセラミックマトリックス複合材表面板と第2のセラミックマトリックス複合材表面板との間に配置され、セラミックマトリックス複合材コアが周縁を有し、第1のセラミックマトリックス複合材表面板及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板が、周縁を越えて延伸して、第1のセラミックマトリックス複合材表面板と第2のセラミックマトリックス複合材表面板との間にセラミックマトリックス複合材コアを囲むギャップを形成する、セラミックマトリックス複合材コアと、各サンドイッチパネルを通して形成された複数の孔とを備える、複数のサンドイッチパネルと、各サンドイッチパネルのギャップに配置された柔軟物品シールと、各サンドイッチパネルと下部構造の間に配置された複数の断熱構成要素と、各サンドイッチパネルと下部構造の間に配置された複数のスタンドオフブラケットであって、下部構造に取り付けられる複数のスタンドオフブラケットと、各サンドイッチパネルを複数のブラケットに結合するために複数の孔を通して配置される複数の締め具とを備える、飛行体。
【００４４】
条項13．各サンドイッチパネルの第2のセラミックマトリックス複合材表面板が、飛行体の最外側面部を提供し、各サンドイッチパネル用の複数の締め具が、最外側面部で外部からアクセス可能である、条項12に記載される飛行体。
【００４５】
条項14．ブラケットが、第1の角度及び第2の角度を有し、サンドイッチパネルの熱膨張が起きた場合に、第1の角度及び第2の角度を減少させるようにブラケットが曲がるように、ブラケットが配向されている、条項12に記載の飛行体。
【００４６】
条項15．第1のセラミックマトリックス複合材表面板及び第2のセラミックマトリックス複合材表面板が、酸化物セラミックマトリックス複合材又は非酸化物セラミックマトリックス複合材から選択される少なくとも1つの材料を含む、条項12に記載の飛行体。
【００４７】
条項16．セラミックマトリックス複合材コアが、酸化物セラミックマトリックス複合材又は非酸化物セラミックマトリックス複合材から選択される少なくとも1つの材料を含む、トラスコアである、条項12に記載の飛行体。
【００４８】
条項17．柔軟物品シールが、セラミック織布及びアルミナ繊維中綿断熱材を含む、条項12に記載の飛行体。
【００４９】
条項18．複数のスタンドオフブラケットのそれぞれが、セラミックマトリックス複合材料又は高温金属材料を含む、条項12に記載の飛行体。
【００５０】
条項19．複数の締め具のそれぞれが、セラミック材料を含む、条項12に記載の飛行体。
【００５１】
条項20．サンドイッチパネルの複数の孔のそれぞれを囲むように配置された補強用セラミックインサートを更に備える、条項12から19のいずれか一項に記載の飛行体。
【００５２】
本教示が1つ又は複数の実施に関して例示されてきたが、添付の特許請求の範囲の主旨及び範囲から逸脱せずに、例示された例に変更及び／又は修正を施すことができる。加えて、本教示の特有の形態が幾つかの実施のうちの1つのみに関して開示されてきたが、そのような形態は、所与の又は特有の任意の機能について所望され有利となり得るように、他の実施の1つ又は複数の他の形態と組み合わされてもよい。さらに、用語「含む（including）」、「含む（includes）」、「有する（having）」、「有する（has）」、「伴う（with）」又はそれらの変形が詳細な説明及び特許請求の範囲のいずれかで用いられる限り、そのような用語は、用語「備える（comprising）」と同様な様式で、含むことを意図する。さらに、本明細書における議論及び特許請求の範囲において、用語「約（about）」は、本明細書に記述される意図された目的に対してプロセス又は構造の不一致を変更がもたらさない限り、列挙された値が幾分変更され得ることを指す。最後に、「例示」は、説明が理想的であると暗示するよりも、説明が例として用いられることを指す。
【００５３】
上の開示並びに他の形態及び機能の変形、或いはそれらの代替は、他の異なる多くのシステム又は用途に組み合わされてもよいことが理解されるであろう。以下の特許請求の範囲により包含されることも意図される現在予測又は予期されない各種の代替、修正、変形、又は改良は、当業者によりその後に施され得る。
【符号の説明】
【００５４】
1  スタンドオフパネル熱防護システム
10  サンドイッチパネル
12  第1のセラミックマトリックス複合材表面板
14  第2のセラミックマトリックス複合材表面板
16  セラミックマトリックス複合材コア
16A  周縁
18  ギャップ
20  柔軟物品シール
22  孔
24  締め具
24A  ボルト
24B  ワッシャ
24C  ナット
24D  ナットリテーナ
26  スタンドオフブラケット
28  下部構造
30、32  断熱構成要素
31  耐水性バッグ
33  断熱材料
34  通気孔
36  補強用セラミックマトリックス複合材インサート
38  カップワッシャロック機構
40  タブ
50  飛行体
52  最外側面部
A、B  角度
D  距離
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８】
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