CN114030589B - 一种轻质高效热阻空气舵 - Google Patents

Abstract

本申请涉及航空航天技术领域，特别涉及一种轻质高效热阻空气舵。本申请提供的轻质高效热阻空气舵包括:舵轴，所述舵轴的内部为中空结构，所述舵轴采用钛合金、高温合金或合金钢制成；舵体，所述舵体与舵轴固定连接，所述舵体内设置防热层和舵芯，所述防热层由纤维增强树脂基复合材料、氧化锆陶瓷或氧化铝陶瓷构成，所述舵芯包括连接板和舵骨架，所述连接板连接在防热层和舵骨架之间，所述连接板为内部中空的工字型结构，所述舵骨架由多个骨架筋相互连接构成。本申请提供的空气舵具有质量轻、承载大、可靠性高、结构利用率高、隔热性能优异的特点。

Description

一种轻质高效热阻空气舵

技术领域

本申请涉及航空航天技术领域，特别涉及一种轻质高效热阻空气舵。

背景技术

空气舵是控制飞行器飞行方向和姿态的重要组成部分，其位于飞行器尾部，通过改变舵面气流对飞行器的姿态进行改变。随着飞行器飞行速度和飞行时间的增加，气动热会越来越严重，从而造成空气舵温度上升、结构强度和刚度下降。因此，一般要求空气舵具有耐高温、抗烧蚀和抗热颤振的特点，并且具有优异的高温强度和刚度。

大多数空气舵采用金属结构制造，一般由舵轴、舵芯(骨架筋+工字板)和防热层等组成，舵轴和舵芯用于承载舵的弯矩和扭矩，防热层用于隔绝和损耗气动热。传统工艺如机械加工、铸造等制造出的空气舵存在结构重量大、无效质量多、结构利用率低、隔热性能差等问题。因此，有必要提供一种质量轻、隔热性能优异的空气舵。

发明内容

本申请实施例提供一种轻质高效热阻空气舵，该空气舵具有质量轻、承载大、可靠性高、结构利用率高、隔热性能优异的特点。

本申请提供了一种轻质高效热阻空气舵，包括:

舵轴，所述舵轴的内部为中空结构，所述舵轴采用钛合金、高温合金或合金钢制成；

舵体，所述舵体与舵轴固定连接，所述舵体内设置防热层和舵芯，所述防热层由纤维增强树脂基复合材料、氧化锆陶瓷或氧化铝陶瓷构成，所述舵芯包括连接板和舵骨架，所述连接板连接在防热层和舵骨架之间，所述连接板为内部中空的工字型结构，所述舵骨架由多个骨架筋相互连接构成。

一些实施例中，所述舵体与舵轴的连接方式为焊接、铆钉连接、或螺钉连接。

一些实施例中，所述舵体与舵轴采用铸造成型或3D打印成型的方式一体成型。

一些实施例中，所述舵体采用钛合金、高温合金、合金钢或铝合金制成。

一些实施例中，所述骨架筋的表面开设凹槽，其截面为工字型，采用工字型骨架筋能够有效减少无效质量，提高结构承载利用率。

一些实施例中，所述凹槽的中间开设通孔，在凹槽的中间开设通孔可以进一步减轻空气舵的质量。

一些实施例中，相邻的骨架筋连接构成三角形结构，骨架筋的排列方式为“米”字型排布，满足BP网络分布。三角形结构有利于空气舵的结构稳定，提高刚度和抗振能力。

一些实施例中，所述骨架筋的厚度沿着远离舵轴的方向逐渐减小，采用不同厚度的骨架筋有利于减轻空气舵质量，提高结构利用效率。

一些实施例中，所述骨架筋的厚度从10mm逐渐减小至2mm。

一些实施例中，所述纤维增强树脂基复合材料由纤维编织体和树脂构成，所述纤维编织体由石英纤维、碳纤维、玄武岩纤维、硼纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维或氮化硅纤维编织而成，所述树脂为酚醛树脂或聚亚酰胺树脂。

一些实施例中，所述连接板和舵骨架均采用钛合金、高温合金、合金钢或铝合金制成。

一些实施例中，所述连接板的表面和舵轴的外侧均喷涂隔热涂层。一些优选实施例中，所述隔热涂层选用氧化锆陶瓷隔热涂层。

一些实施例中，所述舵轴的内部设置S型管道，所述S型管道的数量为3-8个，可以在S型管道内注入水或燃油以降低舵轴的温度。

一些实施例中，所述舵骨架采用机械加工、铸造或3D打印成型的方法制造。

一些实施例中，所述连接板和舵骨架的连接方式为焊接、铆钉连接或螺钉连接。

一些实施例中，所述连接板和舵骨架采用3D打印成型的方式一体成型。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：本申请提供的空气舵采用纤维增强树脂基复合材料、氧化锆陶瓷或氧化铝陶瓷作为防热层的材料，不仅能抗烧蚀，还具有较好的防隔热性能，有效保护舵芯不被高温烧蚀；本申请采用空心的工字型连接板连接防热层和舵骨架，不仅能够有效地阻隔舵面气动热的传递，而且能够减轻空气舵质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例1提供的轻质高效热阻空气舵的结构示意图；

图2为本申请实施例1提供的空气舵的舵轴的横向剖面示意图；

图3为本申请实施例1提供的空气舵的骨架筋的剖视图；

图4为本申请实施例1提供的空气舵的骨架筋的结构示意图；

图5为本申请实施例1提供的空气舵的骨架筋的另一方向的结构示意图。

图中：1、舵轴；11、管道；2、舵体；21、防热层；22、舵芯；221、连接板；222、舵骨架；2221、骨架筋；2222、凹槽；2223、通孔。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1：

本申请实施例1提供了一种轻质高效热阻空气舵，该空气舵具有质量轻、承载大、可靠性高、结构利用率高、隔热性能优异的特点。

图1是本申请实施例1提供的轻质高效热阻空气舵的结构示意图，参考图1，该空气舵包括舵轴1和舵体2。

参考图2，舵轴1的内部为中空结构，在舵轴1的内部设置3-8个S型管道11，通过在S型管道11内注入水或燃油可以降低舵轴1的温度，舵轴1的外侧喷涂氧化锆陶瓷隔热涂层，本实施例中，舵轴1采用钛合金制成。

舵体2通过激光焊接或钎焊的方式连接在舵轴1的上方，本实施例中，舵体2采用钛合金制成。

舵体2内设置防热层21和舵芯22，防热层21由纤维增强树脂基复合材料构成，纤维增强树脂基复合材料由纤维编织体和树脂构成，纤维编织体由石英纤维编织而成，树脂采用酚醛树脂，纤维增强树脂基复合材料不仅能抗烧蚀，还具有很好的防隔热性能，保护舵芯22不被高温烧蚀；舵芯22由连接板221和舵骨架222构成，连接板221连接在防热层21和舵骨架222之间，连接板221为内部中空的工字型结构，具有阻隔热传递的作用，连接板221的表面喷涂氧化锆陶瓷隔热涂层；参考图3、图4和图5，舵骨架222由多个骨架筋2221相互连接构成，相邻的骨架筋2221连接构成三角形结构，骨架筋2221的表面开设凹槽2222，凹槽2222的中间开设通孔2223，骨架筋2221的截面为工字型，骨架筋2221的厚度沿着远离舵轴1的方向从10mm逐渐减小至2mm，骨架筋2221根据气动载荷进行减重，能够有效减小无效载荷；本实施例中，舵骨架222铸造成型，连接板221和舵骨架222采用3D打印成型的方式一体成型，骨架筋2221和连接板221的材质均为钛合金。

本实施例中，通过将连接板221设计成空心的工字型结构，在骨架筋2221的中间开设通孔2223，能够有效减少多余质量，减轻空气舵自身重量，提高结构利用效率，与传统的空气舵相比，质量减轻70％。

本实施例中，舵骨架222、连接板221、舵轴1可以一体成型，保证飞行器在飞行过程中的结构完整性和可靠性。

实施例2：

本申请实施例2提供了一种轻质高效热阻空气舵，该空气舵具有质量轻、承载大、可靠性高、结构利用率高、隔热性能优异的特点。

实施例2提供的空气舵的示意图参考图1-图5，实施例2提供的空气舵包括舵轴1和舵体2。

舵轴1的内部为中空结构，在舵轴1的内部设置3-8个S型管道11，通过在S型管道11内注入水或燃油可以降低舵轴1的温度，舵轴1的外侧喷涂氧化锆陶瓷隔热涂层，本实施例中，舵轴1采用合金钢制成。

舵体2通过螺钉连接在舵轴1的上方，本实施例中，舵体2采用钛合金制成。

舵体2内设置防热层21和舵芯22，防热层21由纤维增强树脂基复合材料构成，纤维增强树脂基复合材料由纤维编织体和树脂构成，纤维编织体由碳纤维编织而成，树脂采用酚醛树脂，纤维增强树脂基复合材料不仅能抗烧蚀，还具有很好的防隔热性能，保护舵芯22不被高温烧蚀；舵芯22由连接板221和舵骨架222构成，连接板221连接在防热层21和舵骨架222之间，连接板221为内部中空的工字型结构，具有阻隔热传递的作用，连接板221的表面喷涂氧化锆陶瓷隔热涂层；舵骨架222由多个骨架筋2221相互连接构成，相邻的骨架筋2221连接构成三角形结构，骨架筋2221的表面开设凹槽2222，凹槽2222的中间开设通孔2223，骨架筋2221的截面为工字型，骨架筋2221的厚度沿着远离舵轴1的方向从10mm逐渐减小至2mm，骨架筋2221根据气动载荷进行减重，能够有效减小无效载荷；本实施例中，舵骨架222铸造成型，连接板221和舵骨架222采用3D打印成型的方式一体成型，骨架筋2221和连接板221的材质均为钛合金。

本实施例中，通过将连接板221设计成空心的工字型结构，在骨架筋2221的中间开设通孔2223，能够有效减少多余质量，减轻空气舵自身重量，提高结构利用效率，与传统的空气舵相比，质量减轻70％。

实施例3：

本申请实施例3提供了一种轻质高效热阻空气舵，该空气舵具有质量轻、承载大、可靠性高、结构利用率高、隔热性能优异的特点。

实施例3提供的空气舵的示意图参考图1-图5，实施例3提供的空气舵包括舵轴1和舵体2。

舵轴1的内部为中空结构，在舵轴1的内部设置3-8个S型管道11，通过在S型管道11内注入水或燃油可以降低舵轴1的温度，舵轴1的外侧喷涂氧化锆陶瓷隔热涂层，本实施例中，舵轴1采用高温合金制成。

舵体2通过铸造成型的方式连接在舵轴1的上方，本实施例中，舵体2采用钛合金制成。

舵体2内设置防热层21和舵芯22，防热层21由氧化锆陶瓷构成，氧化锆陶瓷不仅能抗烧蚀，还具有很好的防隔热性能，保护舵芯22不被高温烧蚀；舵芯22由连接板221和舵骨架222构成，连接板221连接在防热层21和舵骨架222之间，连接板221为内部中空的工字型结构，具有阻隔热传递的作用，连接板221的表面喷涂氧化锆陶瓷隔热涂层；舵骨架222由多个骨架筋2221相互连接构成，相邻的骨架筋2221连接构成三角形结构，骨架筋2221的表面开设凹槽2222，凹槽2222的中间开设通孔2223，骨架筋2221的截面为工字型，骨架筋2221的厚度沿着远离舵轴1的方向从10mm逐渐减小至2mm，骨架筋2221根据气动载荷进行减重，能够有效减小无效载荷；本实施例中，舵骨架222铸造成型，连接板221和舵骨架222通过螺钉连接，骨架筋2221和连接板221的材质均为钛合金。

本实施例中，通过将连接板221设计成空心的工字型结构，在骨架筋2221的中间开设通孔2223，能够有效减少多余质量，减轻空气舵自身重量，提高结构利用效率，与传统的空气舵相比，质量减轻70％。

实施例4：

本申请实施例4提供了一种轻质高效热阻空气舵，该空气舵具有质量轻、承载大、可靠性高、结构利用率高、隔热性能优异的特点。

实施例4提供的空气舵的示意图参考图1-图5，实施例4提供的空气舵包括舵轴1和舵体2。

舵轴1的内部为中空结构，在舵轴1的内部设置3-8个S型管道11，通过在S型管道11内注入水或燃油可以降低舵轴1的温度，舵轴1的外侧喷涂氧化锆陶瓷隔热涂层，本实施例中，舵轴1采用钛合金制成。

舵体2通过铆钉连接在舵轴1的上方，本实施例中，舵体2采用铝合金制成。

舵体2内设置防热层21和舵芯22，防热层21由纤维增强树脂基复合材料构成，纤维增强树脂基复合材料由纤维编织体和树脂构成，纤维编织体由碳化硅纤维编织而成，树脂采用聚亚酰胺树脂，纤维增强树脂基复合材料不仅能抗烧蚀，还具有很好的防隔热性能，保护舵芯22不被高温烧蚀；舵芯22由连接板221和舵骨架222构成，连接板221连接在防热层21和舵骨架222之间，连接板221为内部中空的工字型结构，具有阻隔热传递的作用，连接板221的表面喷涂氧化锆陶瓷隔热涂层；舵骨架222由多个骨架筋2221相互连接构成，相邻的骨架筋2221连接构成三角形结构，骨架筋2221的表面开设凹槽2222，凹槽2222的中间开设通孔2223，骨架筋2221的截面为工字型，骨架筋2221的厚度沿着远离舵轴1的方向从10mm逐渐减小至2mm，骨架筋2221根据气动载荷进行减重，能够有效减小无效载荷；本实施例中，舵骨架222铸造成型，连接板221和舵骨架222采用3D打印成型的方式一体成型，骨架筋2221和连接板221的材质均为铝合金。

本实施例中，通过将连接板221设计成空心的工字型结构，在骨架筋2221的中间开设通孔2223，能够有效减少多余质量，减轻空气舵自身重量，提高结构利用效率，与传统的空气舵相比，质量减轻70％。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种轻质高效热阻空气舵，其特征在于，包括：

舵轴(1)，所述舵轴(1)的内部为中空结构，所述舵轴(1)采用钛合金、高温合金或合金钢制成；

舵体(2)，所述舵体(2)与舵轴(1)固定连接，所述舵体(2)内设置防热层(21)和舵芯(22)，所述防热层(21)由纤维增强树脂基复合材料、氧化锆陶瓷或氧化铝陶瓷构成，所述舵芯(22)包括连接板(221)和舵骨架(222)，所述连接板(221)连接在防热层(21)和舵骨架(222)之间，所述连接板(221)为内部中空的工字型结构，所述舵骨架(222)由多个骨架筋(2221)相互连接构成；

所述骨架筋(2221)的表面开设凹槽(2222)，其截面为工字型，所述凹槽(2222)的中间开设通孔(2223)；

相邻的所述骨架筋(2221)连接构成三角形结构；

所述骨架筋(2221)的厚度沿着远离所述舵轴(1)的方向逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的轻质高效热阻空气舵，其特征在于，所述骨架筋(2221)的厚度从10mm逐渐减小至2mm。

3.根据权利要求1所述的轻质高效热阻空气舵，其特征在于，所述纤维增强树脂基复合材料由纤维编织体和树脂构成，所述纤维编织体由石英纤维、碳纤维、玄武岩纤维、硼纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维或氮化硅纤维编织而成，所述树脂为酚醛树脂或聚亚酰胺树脂。

4.根据权利要求1所述的轻质高效热阻空气舵，其特征在于，所述连接板(221)和舵骨架(222)均采用钛合金、高温合金、合金钢或铝合金制成。

5.根据权利要求1所述的轻质高效热阻空气舵，其特征在于，所述舵轴(1)的外侧设置隔热涂层。

6.根据权利要求1所述的轻质高效热阻空气舵，其特征在于，所述舵轴(1)的内部设置S型管道(11)。