ТЕПЛОЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ КОРПУСА ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
THERMAL PROTECTIVE COATING OF HIGH-SPEED AIRCRAFT BODY

Изобретение относится к авиационной и ракетной технике.
Известна трехслойная оболочка из композиционных материалов, состоящая из внутренней и наружной обечаек, зазор между которыми заполнен вспененным пенопластом, полученным из порошкообразного или гранулированного полуфабриката (заявка на патент RU 2016110284).
Недостатком такой оболочки является то, что она не может быть применена в качестве теплозащитного слоя для высокоскоростных летательных аппаратов (ВЛА), поскольку пенопласт имеет невысокие рабочие температуры.
Известно теплозащитное покрытие корпуса летательного аппарата, содержащее растяжимую в тангенциальном направлении и пропитанную фенольным связующим армированную ленту, поверхность которой расположена под углом к поверхности корпуса, причем поверхность ленты расположена с переменным по толщине теплозащитного покрытия углом наклона к поверхности корпуса в диапазоне от 5 до 90 градусов, а в зазорах, образованных между слоями ленты, размещена дополнительная лента (патент RU 2593184).
Недостатком такого покрытия является отсутствие межслоевых связей. Результаты дополнительных операций по созданию таких связей дают далеко не оптимальные результаты.
Известен отсек летательного аппарата в виде оболочки вращения ячеистой структуры, включающей перекрещивающиеся кольцевые и спиральные обоих направлений ребра из пропитанных полимерным связующим высокомодульных нитей и наружную оболочку, выполненную методом намотки из аналогичного материала (патенты RU 2601972).
Применение такой оболочки в качестве теплозащитного корпуса высокоскоростного летательного аппарата нецелесообразно, поскольку описанный способ изготовления оболочки не позволяет обеспечить заданные температурные режимы корпуса ВЛА при одновременной минимизации толщины теплозащиты.
Известен трехмерно-армированный абляционно/изоляционный композиционный материал, включающий высокоплотный абляционный слой на основе ткани, множество стежков, выполненных термостойкой нитью, причем указанные стежки проходят через абляционный слой и образуют армирующие петли за пределами внутренней поверхности абляционного слоя, и низкоплотный изоляционный слой на основе смолы, причем указанный изоляционный слой сформирован вокруг вышеупомянутых петель и связан с внутренней поверхностью абляционного слоя (патент RU 98116068).
Известна слоистая обшивка, выполненная из слоев волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, каждый слой которой представляет собой развертку или часть развертки конуса в виде сектора кольца или кругового сектора с центральным углом β, отличающаяся тем, что в качестве волокнистого материала использован однонаправленный волокнистый материал, пропитанный полимерным связующим.
Недостатками таких обшивок является то, что используется ткано-выкладочно прошивной каркас, для которого необходимо наличие высокоточной технологической оснастки.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение заданных температурных режимов корпуса высокоскоростного летательного аппарата (ВЛА) с обеспечением его несущей способности при одновременной минимизации толщины теплозащитного корпуса.
Решением поставленной задачи является теплозащитное покрытие корпуса высокоскоростного летательного аппарата, выполненное из многослойного каркаса, причем каркас выполнен в виде внутреннего слоя, представляющего собой цельнотканую объемноармированную преформу заданной толщины из углеродных или кремнеземных или кварцевых нитей и двух и более внешних слоев заданной толщины, выполненных из теплостойкой ткани из углеродных или кремнеземных или кварцевых нитей, при этом внутренний и внешний слои каркаса соединены прошивкой углеродными или кремнеземными или кварцевыми нитями.
Для пояснения изобретения на фиг. 1 представлен схематический вид каркаса теплозащитного корпуса высокоскоростного летательного аппарата, где 1 - внутренний цельнотканый объемноармированный слой, 2 - внешние слои из теплостойкой ткани, 3 -прошивка внутреннего и внешних слоев каркаса.
Толщины внешнего и внутреннего слоев каркаса выбираются из условия сохранения работоспособности конструкции с обеспечением восприятия необходимых уровней механического и теплового воздействий, сформированных в соответствии с требованиями к летно-техническим характеристикам ВЛА.
Внутренний слой каркаса представляет собой цельнотканную объемноармированную преформу, полученную методом ткачества и обеспечивающую максимальную межслоевую прочность, что способствует существенному снижению возможности появления расслоений и трещин при сочетаниях переменных силовых и температурных воздействий, в особенности в зонах концентраторов напряжений (вырезов, выборок, уступов, ребер).
Внешний слой представляет собой ткано-выкладочно прошивной каркас из теплостойкой ткани. Композиционный материал на основе такого каркаса позволяет обеспечить необходимую стойкость к воздействию высокотемпературного газового потока за счет выполнения теплозащитного покрытия с требуемыми характеристиками пористости, шероховатости и теплопередачи.
Поскольку цельнотканая объемноармированная преформа является жесткой и сохраняет форму, при выполнении внешнего слоя не требуется использования высокоточной технологической оснастки.
Предлагаемый теплозащитный корпус ВЛА позволяет обеспечить заданные температурные режимы корпуса ВЛА, стойкость к воздействию высокотемпературного воздушного потока и его несущую способность без увеличения толщины теплозащитного корпуса.