用于高热流区的飞行器舵机及其制备方法与流程

1.本发明涉及飞行器舵机及其制备方法，具体涉及用于高热流区的飞行器舵机及其制备方法。


背景技术：

2.飞行器在飞行过程中，表面会受到严重的气动加热影响，在水平舵与舵机连接部位会受到缝隙热流作用，使得舵轴承受缝隙热流超温导致舵轴强度和刚度不确定，随着飞行器飞行速度的增加，缝隙热流作用使水平舵与舵舱连接部位的舵轴产生更严重的损坏。


技术实现要素：

3.本发明的目的是解决现有技术中存在缝隙热流作用使得舵轴承受缝隙热流超温导致舵轴强度和刚度不确定，水平舵与舵舱连接部位产生严重损坏的不足之处，而提供一种用于高热流区的飞行器舵机及其制备方法。
4.为实现上述目的，本发明提供的技术解决方案如下：
5.本发明提供一种用于高热流区的飞行器舵机，包括水平舵、舵舱以及舵轴，所述舵轴的一端与水平舵固定连接，另一端与舵舱转动连接，其特殊之处在于：还包括外隔热环和内隔热环，外隔热环和内隔热环套设在水平舵和舵舱之间的舵轴上；所述外隔热环的一个端面与水平舵的底面固定连接，另一个端面上围绕舵轴的位置开设有第一环形槽，所述内隔热环设置在第一环形槽中，内隔热环的端面与与外隔热环的另一个端面平齐；所述舵舱外表面围绕舵轴设置有第二环形槽，外隔热环的另一个端面与第二环形槽配合设置，并且所述外隔热环的外侧面与第二环形槽的内侧面之间、外隔热环的另一个端面与第二环形槽的槽底之间分别留有第二间隙和第三间隙。
6.进一步地，所述外隔热环的内侧面与舵轴之间、内隔热环的内侧面与舵轴之间均设置有0.5-1mm的间隙，进一步减少通过外隔热环和内隔热环产生的热传递。
7.进一步地，所述第二间隙的间距为1-1.5mm；该间距根据材料热适配要求进行调整；
8.所述第一间隙的间距为2
±
0.5mm；
9.所述第三间隙的间距小于1mm。
10.进一步地，还包括设置在外隔热环一个端面的连接结构，外隔热环通过连接结构与水平舵的底面固定连接。
11.进一步地，所述连接结构为连接板，连接板上设置有第一通孔，用于套设在舵轴上，连接板靠近舵舱的一侧与外隔热环的一个端面连接，并且连接板的一侧表面与舵舱外表面之间形成第一间隙；
12.所述水平舵底面设置有下缘垫板和下封板；所述下缘垫板的一侧与水平舵底面连接，另一侧与下封板连接，下封板上设置有对应连接板的长孔，连接板嵌入所述长孔中；所述下缘垫板上设置有第二通孔，用于套设在舵轴上；
13.所述连接板和下缘垫板上沿水平舵底面长度方向的两端部对应设置有多个安装孔，水平舵的底面开设有对应的螺纹孔，连接板、下缘垫板以及水平舵的底面通过螺钉穿过相应的安装孔和螺纹孔固定连接；所述下缘垫板的外表面与水平舵的底面相配合设置。使得下缘垫板与水平舵的底面连接处具有密封隔热效果。
14.进一步地，所述外隔热环、连接板、下封板和下缘垫板的材质为c/sic-hfc或者c/sic-zrc或者c/sic-si，也可以使用其他具有较好耐热性能的材料，同时所使用的材料受热产生形变较小，提高结构紧凑性。
15.所述内隔热环的材质为石英或热凝胶，内隔热环的材料热传递性能较差，进一步提高舵轴的防热效果。
16.所述舵舱的表面设置有气凝胶，用于隔热。
17.同时，还提供一种上述用于高热流区的飞行器舵机的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
18.s1.将内隔热环固定在外隔热环的第一环形槽中形成防热结构，内隔热环和外隔热环同轴设置；水平舵的底面与舵轴的一端固定连接；
19.s2.将防热结构套设在舵轴上，外隔热环的一个端面与水平舵底面固定连接；
20.s3.将舵轴的另一端连接在舵舱上，舵舱围绕舵轴设置有第二环形槽，所述防热结构位于水平舵和舵舱之间，外隔热环的另一个端面与第二环形槽配合设置，且与第二环形槽间留有第二间隙和第三间隙。
21.进一步地，s2中，所述外隔热环通过连接板、下封板、下缘垫板与水平舵底面固定连接，连接板的一侧与外隔热环的一个端面连接，下封板上对应连接板设置有长孔，连接板嵌入所述长孔设置，连接板的另一侧与下缘垫板连接，下缘垫板与水平舵底面固定连接；所述连接板和下缘垫板上分别设置有第一通孔和第二通孔，用于套设在舵轴上。
22.进一步地，s1中，内隔热环通过高温胶与外隔热环固定连接；
23.s2中，所述外隔热环、连接板为一体结构，下封板、下缘垫板和水平舵为一体结构。
24.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
25.1.本发明在舵机和舵舱之间的舵轴上设置有外隔热环和内隔热环形成的防热结构，减少了直接接触舵轴的缝隙热流，通过减少缝隙热流，解决了金属舵轴承受缝隙热超温导致舵轴强度和刚度不确定的问题；同时通过外隔热环与舵舱的配合设置形成第二间隙和第三间隙，延长了热流运动至舵轴的距离，通过延长热流运动距离可以降低接触到舵轴的少量热流的温度。
26.2.本发明中外隔热环的内侧面、内隔热环的内侧面均与舵轴间设置有0.5-1mm的间隙，内隔热环内侧面与舵轴间隙为热阻断间隙，避免外隔热环和内隔热环对舵轴直接产生热传递。
27.3.本发明中第二间隙的间距为1-1.5mm，第三间隙间距小于1mm，在保证防热结构绕舵轴正常转动的基础上，尽量减小间距，减少缝隙热流，提高防热效果；同时热流依次经过第一间隙、第二间隙和第三间隙，经过多次转向产生缓冲，使流动速度被大幅降低，也具有减少缝隙热流的效果。
28.4.本发明中外隔热层和内隔热层采用不同材料，外层耐温性好，直接接受高温热流不易发生变形，而内隔热层传热性差，减少热传递；外隔热层采用铪改性陶瓷基复合材料
1.5mm，第三间隙33的间距小于1mm，具有防热效果的同时保证水平舵1正常围绕舵轴2转动，第一间隙31、第二间隙32、第三间隙33延长外部热流进入舵轴2的距离，有效降低接触到舵轴2的热流温度，同时通过减小第一间隙31、第二间隙32、第三间隙33的尺寸，限制接触到舵轴2的热流流量，第一间隙31、第二间隙32、第三间隙33的尺寸根据外隔热环5的结构尺寸及其热适配要求确定，留有热胀冷缩空间。
40.所述外隔热环5、连接板52、下封板9和下缘垫板10的材质为铪改性陶瓷基复合材料(c/sic-hfc)或者锆改性陶瓷基复合材料(c/sic-zrc)或者硅改性陶瓷基复合材料(c/sic-si)，铪改性陶瓷基复合材料耐温性可达2400℃，锆改性陶瓷基复合材料耐温性可达2200℃，硅改性陶瓷基复合材料耐温性可达1600℃-1700℃，均具有较高的耐受温度，直接接触到热流不易变形，有利于结构稳定；内隔热环6的材质为石英、热凝胶或其他导热系数小的材质，通过内隔热环6减少对舵轴2的热量传递。
41.本发明用于高热流区的飞行器舵机的制备方法包括以下步骤：
42.s1.将内隔热环6固定在外隔热环5的第一环形槽51中形成防热结构，内隔热环6和外隔热环5同轴设置；水平舵1的底面与舵轴2的一端固定连接；内隔热环6通过高温胶与外隔热环5固定连接；
43.s2.将防热结构套设在舵轴2上，外隔热环5的一个端面与水平舵1底面固定连接；
44.s3.将舵轴2的另一端连接在舵舱7上，舵舱7围绕舵轴2设置有第二环形槽71，所述防热结构位于水平舵1和舵舱7之间，外隔热环5的另一个端面与第二环形槽71配合设置，且与第二环形槽71间留有第二间隙32和第三间隙33。
45.s2中，所述外隔热环5通过连接板52、下封板9、下缘垫板10与水平舵1底面固定连接，连接板52的一侧与外隔热环5的一个端面连接，下封板9上对应连接板52设置有长孔，连接板52嵌入所述长孔设置，连接板52的另一侧与下缘垫板10连接，下缘垫板10与水平舵1底面固定连接；连接板52和下缘垫板10上分别设置有第一通孔和第二通孔，用于套设在舵轴2上。本实施例采用cvi复合材料成型工艺制备外隔热环5、连接板52、下封板9、下缘垫板10和水平舵，在制备过程中将外隔热环5、连接板52沉积为一体结构，下封板9、下缘垫板10和水平舵1为一体结构，提高结构的稳定性和一致性。

技术特征：
1.一种用于高热流区的飞行器舵机，包括水平舵(1)、舵舱(7)以及舵轴(2)，所述舵轴(2)的一端与水平舵(1)固定连接，另一端与舵舱(7)转动连接，其特征在于：还包括外隔热环(5)和内隔热环(6)，外隔热环(5)和内隔热环(6)套设在水平舵(1)和舵舱(7)之间的舵轴(2)上；所述外隔热环(5)的一个端面与水平舵(1)的底面固定连接，另一个端面上围绕舵轴(2)的位置开设有第一环形槽(51)，所述内隔热环(6)设置在第一环形槽(51)中，内隔热环(6)的端面与外隔热环(5)的另一个端面平齐；所述舵舱(7)外表面围绕舵轴(2)设置有第二环形槽(71)，外隔热环(5)的另一个端面与第二环形槽(71)配合设置，并且所述外隔热环(5)的外侧面与第二环形槽(71)的内侧面之间、外隔热环(5)的另一个端面与第二环形槽(71)的槽底之间分别留有第二间隙(32)和第三间隙(33)。2.根据权利要求1所述的用于高热流区的飞行器舵机，其特征在于：所述外隔热环(5)的内侧面与舵轴(2)之间、内隔热环(6)的内侧面与舵轴(2)之间均设置有0.5-1mm的间隙。3.根据权利要求2所述的用于高热流区的飞行器舵机，其特征在于：所述第二间隙(32)的间距为1-1.5mm；所述第一间隙(31)的间距为2
±
0.5mm；所述第三间隙(33)的间距小于1mm。4.根据权利要求1-3任一所述的用于高热流区的飞行器舵机，其特征在于：还包括设置在外隔热环(5)一个端面的连接结构，外隔热环(5)通过连接结构与水平舵(1)的底面固定连接。5.根据权利要求4任一所述的用于高热流区的飞行器舵机，其特征在于：所述连接结构为连接板(52)，连接板(52)上设置有第一通孔，用于套设在舵轴(2)上，连接板(52)靠近舵舱(7)的一侧与外隔热环(5)的一个端面连接，并且连接板(52)的一侧表面与舵舱(7)外表面之间形成第一间隙(31)；所述水平舵(1)底面设置有下缘垫板(10)和下封板(9)；所述下缘垫板(10)的一侧与水平舵(1)底面连接，另一侧与下封板(9)连接，下封板(9)上设置有对应连接板(52)的长孔，连接板(52)嵌入所述长孔中；所述下缘垫板(10)上设置有第二通孔，用于套设在舵轴(2)上；所述连接板(52)和下缘垫板(10)上沿水平舵(1)底面长度方向的两端部对应设置有多个安装孔，水平舵(1)的底面开设有对应的螺纹孔，连接板(52)、下缘垫板(10)以及水平舵(1)的底面通过螺钉(8)穿过相应的安装孔和螺纹孔固定连接；所述下缘垫板(10)的外表面与水平舵(1)的底面相配合设置。6.根据权利要求5所述的用于高热流区的飞行器舵机，其特征在于：所述外隔热环(5)、连接板(52)、下封板(9)和下缘垫板(10)的材质为c/sic-hfc或者c/sic-zrc或者c/sic-si；所述内隔热环(6)的材质为石英或热凝胶；所述舵舱(7)的表面设置有气凝胶(4)。7.一种权利要求1-6任一所述的用于高热流区的飞行器舵机的制备方法，其特征在于，
包括以下步骤：s1.将内隔热环(6)固定在外隔热环(5)的第一环形槽(51)中形成防热结构，内隔热环(6)和外隔热环(5)同轴设置；水平舵(1)的底面与舵轴(2)的一端固定连接；s2.将防热结构套设在舵轴(2)上，外隔热环(5)的一个端面与水平舵(1)底面固定连接；s3.将舵轴(2)的另一端连接在舵舱(7)上，舵舱(7)围绕舵轴(2)设置有第二环形槽(71)，所述防热结构位于水平舵(1)和舵舱(7)之间，外隔热环(5)的另一个端面与第二环形槽(71)配合设置，且与第二环形槽(71)间留有第二间隙(32)和第三间隙(33)。8.根据权利要求7所述的用于高热流区的飞行器舵机的制备方法，其特征在于：s2中，所述外隔热环(5)通过连接板(52)、下封板(9)、下缘垫板(10)与水平舵(1)底面固定连接，连接板(52)的一侧与外隔热环(5)的一个端面连接，下封板(9)上对应连接板(52)设置有长孔，连接板(52)嵌入所述长孔设置，连接板(52)的另一侧与下缘垫板(10)连接，下缘垫板(10)与水平舵(1)底面固定连接；所述连接板(52)和下缘垫板(10)上分别设置有第一通孔和第二通孔，用于套设在舵轴(2)上。9.根据权利要求8所述的用于高热流区的飞行器舵机的制备方法，其特征在于：s1中，内隔热环(6)通过高温胶与外隔热环(5)固定连接；s2中，所述外隔热环(5)、连接板(52)为一体结构，下封板(9)、下缘垫板(10)和水平舵(1)为一体结构。

技术总结
本发明涉及飞行器舵机及其制备方法，具体涉及用于高热流区的飞行器舵机及其制备方法，解决现有技术中存在缝隙热流作用使得舵轴承受缝隙热流超温导致舵轴强度和刚度不确定，水平舵与舵舱连接部位产生严重损坏的不足之处。本发明的用于高热流区的飞行器舵机包括水平舵、舵舱以及舵轴，所述舵轴的一端与水平舵固定连接，另一端与舵舱转动连接，水平舵和舵舱之间的舵轴上套设有外隔热环和内隔热环；外隔热环的一个端面与水平舵的底面固定连接，另一个端面上围绕舵轴的位置开设有第一环形槽，内隔热环设置在第一环形槽中，舵舱外表面围绕舵轴设置有第二环形槽，外隔热环的另一个端面与第二环形槽配合设置。第二环形槽配合设置。第二环形槽配合设置。


技术研发人员：廖军刚 陈旭 李凡 田录录 吴亚明 王佳民
受保护的技术使用者：西安鑫垚陶瓷复合材料股份有限公司
技术研发日：2023.01.06
技术公布日：2023/4/18