Система тепловой защиты многократного использования с высокой скоростью теплоотдачи

Группа изобретений относится к тепловой защите теплонапряжённых конструкций аэрокосмических летательных аппаратов, преимущественно многократного использования. Для защиты конструкции (102) от внешнего нагрева служит пористая металлическая оболочка (110), ограниченная внешней поверхностью и перфорированной поверхностью (142) охладительного резервуара (132). Поток охладителя (138) из резервуара (132) через отверстия (150) перфорации поступает в оболочку (110) и испаряется (130), поглощая тепло. Клапаны (202), содержащие биметаллический или с памятью формы привод (114) и конический управляющий тарельчатый клапан (116), регулируют поток охладителя через отверстия (150) в зависимости от температуры пористой оболочки (110). Технический результат состоит в обеспечении средств и методов для защиты оболочки летательного аппарата от интенсивного нагрева, например, при спуске с орбиты в атмосфере. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

В общем, варианты осуществления настоящего изобретения относятся к тепловой защите. В частности, варианты осуществления настоящего изобретения относятся к системам для тепловой защиты многократного использования с высокой скоростью теплопередачи.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Транспортные средства, передвигающиеся сквозь атмосферу, могут нагреваться, например вследствие трения. Для того, чтобы выдерживать эффекты нагревания и обусловленные ими высокие температуры, оболочка транспортного средства обычно может содержать высокотемпературные материалы. Высокотемпературные материалы обычно нагружены несущими тепловыми структурами, которые могут быть уязвимыми для аномалий, а также могут требовать слишком много времени для технического обслуживания.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Представлены система и способ тепловой защиты многократного использования с высокой скоростью теплопередачи. Пористая оболочка содержит открытую внешнюю поверхность и неоткрытую поверхность, а охладительный резервуар содержит перфорационные отверстия, соединенные с указанной неоткрытой поверхностью, и клапаны. Клапаны регулируют охладительный поток от охладительного резервуара к пористой оболочке в соответствии с температурой пористой оболочки.

Таким образом, варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают средства для защиты оболочки транспортного средства, способные выдерживать эффекты нагревания и высокие температуры.

В варианте осуществления изобретения система для тепловой защиты и отвода тепла содержит пористую оболочку, охладительный резервуар и клапаны. Пористая оболочка содержит открытую внешнюю поверхность, а охладительный резервуар содержит перфорационные отверстия, соединенные с неоткрытой поверхностью, и клапаны. Клапаны регулируют охладительный поток от охладительного резервуара через перфорационные отверстия к пористой оболочке в соответствии с температурой пористой оболочки.

В другом варианте осуществления изобретения способ формирования системы для тепловой защиты и отвода тепла предусматривает соединение охладительного резервуара, содержащего перфорационные отверстия, с неоткрытой поверхностью пористой оболочки, содержащей открытую внешнюю поверхность. Способ дополнительно предусматривает настраивание клапанов для регулировки охладительного потока от охладительного резервуара к пористой оболочке в соответствии с температурой пористой оболочки.

В дополнительном варианте осуществления изобретения способ работы системы для тепловой защиты и отвода тепла наполняет охладителем охладительный резервуар, содержащий перфорационные отверстия, сообщающиеся с пористой оболочкой. Способ дополнительно регулирует охладительный поток от охладительный резервуар через перфорационные отверстия к пористой оболочке с помощью клапанов в соответствии с температурой пористой оболочки.

В соответствии с аспектом настоящего изобретения предоставлена система для тепловой защиты и отвода тепла, содержащая: пористую оболочку, содержащую открытую внешнюю поверхность и неоткрытую поверхность; охладительный резервуар, содержащий множество перфорационных отверстий, соединенных с указанной неоткрытой поверхностью; и множество клапанов, выполненных с обеспечением возможности регулировки охладительного потока охладительной текучей среды от охладительного резервуара к пористой оболочке в соответствии с температурой пористой оболочки.

Открытая внешняя поверхность пористой оболочки может испарять охладительную текучую среду.

Указанный резервуар может содержать внешнюю стенку, смежную с указанной неоткрытой поверхностью, и внутреннюю стенку, противоположную внешней стенке резервуара. Каждый из клапанов может содержать управляющий тарельчатый клапан, выполненный с обеспечением возможности перемещения в одном из указанных перфорационных отверстий для регулировки охладительного потока охладительной текучей среды через указанное перфорационное отверстие; и привод клапана, выполненный с обеспечением возможности перемещения управляющего тарельчатого клапана в соответствии с температурой охладительной текучей среды, при этом привод клапана неподвижно закреплен одном концом на одном из следующего: внешняя стенка резервуара и внутренняя стенка резервуара. Привод клапана может быть выполнен с обеспечением возможности перемещения одного из указанных клапанов в перфорационных отверстиях на основании температуры, тем самым частично блокируя охладительный поток. Охладительный поток может возрастать, когда температура является высокой, и уменьшаться, когда температура является низкой.

Привод клапана может содержать одно из следующего: гибкая биметаллическая полоса и сплав с эффектом памяти формы.

Пористая оболочка может быть оболочкой многократного использования, а также не быть охлаждаемой путем абляции. Для обеспечения отвода тепла от оболочки и ее тепловой защиты пористая оболочка может быть соединена с теплозащищенной структурой.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предоставлен способ формирования системы для тепловой защиты и отвода тепла, включающий соединение охладительного резервуара, содержащего множество перфорационных отверстий, с неоткрытой поверхностью пористой оболочки, содержащей открытую внешнюю поверхность и неоткрытую воздействию поверхность; и настраивание множества клапанов для регулировки охладительного потока охладительной текучей среды от охладительного резервуара через перфорационные отверстия к пористой оболочке в соответствии с температурой пористой оболочки.

Способ дополнительно включает настраивание указанной открытой внешней поверхности для испарения охладительной текучей среды.

Способ дополнительно может включать настраивание внешней стенки резервуара, смежной с указанной неоткрытой поверхностью, и внутренней стенки резервуара, противоположной его внешней стенке. Способ может дополнительно может включать настраивание каждого из указанных клапанов с помощью соединенного с ними привода клапана, неподвижно закрепленного на конце, расположенном на одном из следующего: внешняя стенка резервуара и внутренняя стенка резервуара. Способ дополнительно может включать настраивание привода клапана для перемещения одного из перемещаемых клапанов в перфорационных отверстиях на основании температуры, тем самым частично блокируя охладительный поток.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предоставлен способ отвода тепла и обеспечения тепловой защиты, включающий наполнение охладительной текучей средой охладительного резервуара, содержащего множество перфорационных отверстий, соединенных с пористой оболочкой; и регулировку охладительного потока от охладительного резервуара через перфорационные отверстия к пористой оболочке с помощью множества клапанов в соответствии с температурой пористой оболочки.

Способ может дополнительно включать испарение охладителя из открытой внешней поверхности пористой оболочки.

Способ может дополнительно включать: приведение в действие множества приводимых в действие приводов клапанов на основании температуры; перемещение клапанов в перфорационных отверстиях при помощи приводимых в действие приводов клапанов; и частичное блокирование охладительного потока с помощью этих клапанов.

Способ может дополнительно включать увеличение охладительного потока через клапаны, когда температура является высокой, и снижение охладительного потока через клапаны, когда температура является низкой.

Способ может дополнительно включать соединение пористой оболочки с теплозащищенной структурой для обеспечения отвода тепла из нее и ее тепловой защиты. Способ может дополнительно включать тепловую защиту космического летательного аппарата, содержащего теплозащищенную структуру, при помощи отвода тепла и обеспечения тепловой защиты теплозащищенной структуры во время вхождения в атмосферу этого космического летательного аппарата.

Настоящее раскрытие изобретения приведено для выбора концепций в упрощенной форме, которые дополнительно более подробно описаны ниже. Настоящее раскрытие не предполагается для идентификации ключевых признаков или существенных признаков заявленного объекта изобретения, и также не предполагается для использования в качестве помощи в определении объема заявленного объекта изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Более полное понимание вариантов осуществления настоящего изобретения может быть получено посредством ссылки на подробное описание и формулу изобретения при рассмотрении их в сочетании со следующими чертежами, на которых подобные ссылочные номера ссылаются на подобные элементы на протяжении всех чертежей. Чертежи не обязательно выполнены в масштабе.

На фиг.1 показан вид в поперечном разрезе примерной системы тепловой защиты многократного использования с высокой скоростью теплопередачи в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.2 показан вид в поперечном разрезе части примерной системы тепловой защиты многократного использования с высокой скоростью теплопередачи с фиг.1, изображающий альтернативный клапан для регулировки потока в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.3 показаны вид в поперечном разрезе и вид сверху системы тепловой защиты многократного использования с высокой скоростью теплопередачи, изображающие клапаны для регулировки потока, распределенные в матричной структуре в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.4 представлен примерный процесс функционирования системы тепловой защиты многократного использования с высокой скоростью теплопередачи в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.5 представлен примерный процесс формирования системы тепловой, защиты многократного использования с высокой скоростью теплопередачи в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следующее подробное описание является примерным и не предполагается для ограничения настоящего изобретения или применения и использования вариантов осуществления настоящего изобретения. Описания конкретных устройств, технологий и применений предоставлены только в качестве примеров. Модификации указанных примеров, описанных в настоящем документе, будут явно очевидными для специалистов в области техники, а основные принципы, определяемые в настоящем документе, могут быть применены к другим примерам и приложениям без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Настоящее изобретение должно отвечать объему в соответствии с формулой изобретения, и не ограничивается примерами, описанными и показанными в настоящем документе.

Варианты осуществления настоящего изобретения могут быть описаны здесь в терминах компонентов функциональных и/или логических блоков и различных этапов обработки. Следует понимать, что такие компоненты блоков могут быть реализованы при помощи любого количества компонентов аппаратного, программного и аппаратно-программного обеспечения, выполненного с обеспечением возможности выполнения определенных функций. Для краткости, обычные технологии и компоненты, относящиеся к теплопередаче, тепловому приведению в действие и другим функциональным аспектам системы, описанной в настоящем документе, (и индивидуальные рабочие компоненты систем) могут не быть подробно описаны в настоящем документе. Дополнительно, специалистам в области техники будет понятно, что варианты осуществления настоящего изобретения могут осуществляться в сочетании с разнообразным аппаратным и программным обеспечением, и что варианты осуществления изобретения, описанные здесь, являются только примерными вариантами осуществления настоящего изобретения.

Варианты осуществления настоящего изобретения описаны в настоящем документе в контексте неограничительного применения, а именно, тепловой защиты транспортного средства. Однако варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены такими применениями для тепловой защиты транспортного средства, а технологии, описанные здесь, также могут быть использованы в других применениях. В качестве неограничительного примера, варианты осуществления изобретения могут быть применимы в научных системах, системах вооружения, котлах парового отопления, обжиговых печах, автоклавах или других применениях. В качестве неограничительного примера, транспортное средство может содержать пилотируемое или беспилотное транспортное средство, космический летательный аппарат, планетарный спускаемый модуль, ракету-носитель и другое транспортное средство, функционирующее в высокотемпературных условиях.

Как будет понятно специалистам в области техники после прочтения этого описания, следующие примеры и варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены эксплуатацией в соответствии с этими примерами. Без отхода от объема примерных вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть использованы другие варианты осуществления, а также могут быть выполнены структурные изменения.

Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают систему тепловой защиты, которая является надежной в эксплуатации и многократно используемой с минимальным техническим обслуживанием, легкой по весу и гибкой. Кроме того, варианты осуществления настоящего изобретения являются изменяемыми и соответствующими скорости нагрева по мере его изменения во время входа в атмосферу транспортного средства и в зависимости от места на его корпусе. Помимо этого, варианты осуществления изобретения могут быть применимы в областях низкоскоростного нагрева, таких как нижние и боковые поверхности (например, верхние поверхности в области следа с существенно сниженными скоростями нагрева). Дополнительно, варианты осуществления изобретения могут быть применимы в областях передних кромок и критической точки, таких как области, содержащие маленький радиус кривых геометрических элементов, которые необходимы как для высокого отношения подъемной силы к лобовому сопротивлению (аэродинамическое качество L/D), так и для воздушно-реактивных орбитальных применений.

На фиг.1 показан вид в поперечном разрезе примерной системы 100 тепловой защиты многократного использования с высокой скоростью теплопередачи в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Система 100 может содержать структуры 108 оболочки, соединенные друг с другом при помощи охладительного трубопровода 134 и/или линии 136 подачи охладителя. Охладительный поток 138 охладительной текучей среды 126 вводят в линию 136 подачи охладителя в структуре 108 оболочки. Структуры 108 оболочки распределяют охладительный поток 138 друг по другу посредством охладительного трубопровода 134. Затем охладительный поток 138 испаряется в виде паров 130 охладительной текучей среды через структуры 108 оболочки для обеспечения охлаждения структур 108 оболочки для защиты транспортного средства 102. В качестве неограничительного примера, охладительная текучая среда 126 может содержать воду, воздух, фтороуглерод, углеводород, жидкий азот, жидкий водород, жидкий кислород, жидкий воздух или другой жидкий охладитель.

Структура 108 оболочки содержит пористую металлическую оболочку 110 (пористую оболочку), охладительный резервуар 146 и множество регулирующих поток клапанов 112. Высокоскоростной воздушный поток, такой как воздушный поток 104, с которым сталкиваются, например, во время входа транспортного средства с орбиты в атмосферу, полета со сверхзвуковой скоростью или на гиперзвуковых скоростях, может вызывать аэродинамический эффект нагревания. Такой аэродинамический нагрев структур 108 оболочки может содержать температуры, которые могут превышать 1 тысячу градусов Цельсия. Таким образом, может быть необходимо, чтобы структуры 108 оболочки выдерживали такие аэродинамические и другие эффекты нагревания, а также возникающие вследствие них высокие температуры.

Структура 108 оболочки может быть соединена с другой структурой 108 оболочки посредством уплотнения 152, например, во время сборки. Уплотнение 152 может обеспечивать защиту внутренней части 106 транспортного средства 102 от тепла воздушного потока 104. Второе уплотнение 158 может быть использовано для обеспечения дублирующей защиты внутренней части 106 транспортного средства 102 от тепла воздушного потока 104. В качестве неограничительного примера, каждое из уплотнения 152 и второго уплотнения 158 может содержать защелкивающееся уплотнение, сальник, уплотнительный материал, адгезив, кольцевое уплотнение или другое подходящее уплотнение. В качестве неограничительного примера, защелкивающееся уплотнение может содержать уплотнение, тангенциально сжатое между двумя объектами, такими как структура 108 оболочки, или другое уплотнение. Структура 108 оболочки может быть дополнительно соединена с другой структурой 108 оболочки посредством полки 162. Полка 162 может дополнительно защищать внутреннюю часть 106 транспортного средства 102 от тепла воздушного потока 104.

Пористая металлическая оболочка 110 (пористая оболочка) содержит пористую структуру и/или материал, такой как среди прочего агломерат металлических частиц высокотемпературного сплава, спекшийся/пористый металлический порошок, металлическая пена с открытыми ячейками, пористый неметаллический материал, пористая керамика, пористый композитный материал или другая пористая структура. Пористая металлическая оболочка 110 может покрывать теплозащищенную структуру, такую как транспортное средство 102. Пористая металлическая оболочка 110 содержит неоткрытую поверхность 156 и открытую поверхность 154, открытую для воздействия воздушного потока 104, и внешнюю по отношению к транспортному средству 102. Неоткрытая поверхность 156 соединена с внешней стенкой 142 резервуара 146 для охладителя. Пористая металлическая оболочка 110 заполнена охладительной текучей средой 126, которая испаряется в виде паров 130 охладительной текучей среды вследствие нагрева через открытую поверхность 154.

Охладительный резервуар 146 выполнен с обеспечением возможности удержания охладительной текучей среды 126. Охладительный резервуар 146 содержит внешнюю стенку 142, внутреннюю стенку 144, множество перфорационных отверстий 118 во внешней стенке 142 и регулирующие поток клапаны 112, управляющие охладительным потоком 138 охладительной текучей среды 126 через перфорационные отверстия 118 в пористую металлическую оболочку 110. Охладительный резервуар 146 дополнительно может содержать по меньшей мере одну опорную структуру 160, обеспечивающую ее опору между внешней стенкой 142 и внутренней стенкой 144.

Регулирующие поток клапаны 112 выполнены с обеспечением возможности пассивного приведения в действие в соответствии с температурой охладительной текучей среды 126 в охладительном резервуаре 146 для управления охладительным потоком 138 охладительной текучей среды 126 через перфорационные отверстия 118 в пористую металлическую оболочку 110. Охладительная текучая среда 126 вблизи регулирующего поток клапана 112 нагревается пористой металлической оболочкой 110, нагревая внешнюю стенку резервуара вблизи регулирующего поток клапана 112. Регулирующие поток клапаны 112 для содержат клапаны с автоматическим управлением, выполненные с обеспечением возможности управления охладительным потоком 138 охладительной текучей среды 126 при скорости 128 потока текучей среды. Регулирующие поток клапаны 112 обеспечивают высокую скорость 128 охладительного потока 138 в области сильного нагрева пористой металлической оболочки 110 и низкую скорость 128 охладительного потока 138 в области слабого нагрева пористой металлической оболочки 110. Охладительный поток 138 возрастает, когда температура охладительной текучей среды 126 является высокой, и снижается, когда температура охладительной текучей среды 126 является низкой. Каждый из регулирующих поток клапанов 112 обеспечивает охладительный поток 138 охладительной текучей среды 126 через перфорационные отверстия 118 в пористую металлическую оболочку 110 на основании температуры охладительной текучей среды 126, окружающего регулирующих поток клапан 112.

Каждый из регулирующих поток клапанов 112 содержит привод 114 клапана и конический управляющий потоком тарельчатый клапан 116.

Конический управляющий потоком тарельчатый клапан 116 выполнен с обеспечением возможности перемещения в одном из перфорационных отверстий 118 для регулировки охладительного потока 138 охладительной текучей среды 126 через указанное перфорационное отверстие 118. Давление охладительного потока 138 выполнено с обеспечением возможности превышения давления воздушного потока 104. В качестве неограничительного примера, перфорационное отверстие 118 может содержать цилиндрическое основание или другую конфигурацию, выполненную с обеспечением возможности регулировки потока охладительной текучей среды 126 совместно с коническим управляющим потоком тарельчатым клапаном 116. В закрытом положении конический управляющий потоком тарельчатый клапан 116 может сообщаться с перфорационным отверстием 118 для блокировки потока охладительной текучей среды 126.

Привод 114 клапана выполнен с обеспечением возможности перемещения конического управляющего потоком тарельчатого клапана 116 в соответствии с температурой охладительной текучей среды 126. Перемещение 120 конического управляющего потоком тарельчатого клапана 116 при помощи привода 114 клапана зависит от температуры охладительной текучей среды 126. В качестве неограничительного примера, указанная зависимость может содержать пропорциональную зависимость от указанной температуры, а также нелинейную или другую зависимость от указанной температуры охладительной текучей среды 126. В качестве неограничительного примера, привод 114 клапана может содержать гибкую биметаллическую полосу, сплав с эффектом памяти формы или другой привод.

В процессе работы привод 114 клапана перемещает конический управляющий потоком тарельчатый клапан 116 в перфорационном отверстии 118 в проходное отверстие 150 для текучей среды пористой металлической оболочки 110, частично блокируя охладительный поток 138 и управляя им с учетом температуры охладительной текучей среды 126. Высокая температура охладительной текучей среды 126 побуждает привод 114 клапана увеличивать охладительный поток 138, а низкая температура охладительной текучей среды 126 побуждает привод 114 клапана уменьшать охладительный поток 138. Система 100 делает испарительную охлаждающую систему целесообразной посредством эффективного распределения охладительного потока 138 с помощью регулирующих поток клапанов 112, обеспечивающих пропорциональность скорости 126 охладительного потока 138 температуре в локальной области пористой металлической оболочки 110. Привод 114 клапана неподвижно закреплен одном концом на одном из следующего: внешняя стенка 142 резервуара (см. фиг.2) и внутренняя стенка 144 резервуара (как показано на фиг.1) охладительного резервуара 146.

В качестве неограничительного примера, регулирующие поток клапаны 112 могут иметь длину от примерно 1,27 см (0,5 дюйма) до примерно 1,52 см (0,6 дюйма) и ширину от примерно 0,64 см (0,25 дюйма) до примерно 0,76 см (0,3 дюйма) или другие подходящие размеры. В качестве неограничительного примера, конический управляющий потоком тарельчатый клапан 116 может иметь длину от примерно 0,25 см (0,1 дюйма) до примерно 0,38 см (0,15 дюйма) и диаметр примерно 0,64 см (0,25 дюйма) или другие размеры, подходящие для функционирования регулирующих поток клапанов 112. Регулирующие поток клапаны 112 могут быть прикреплены к охладительному резервуару 146 во время автоматизированного процесса изготовления.

Охладительный поток 138 протекает через пористую металлическую оболочку 110 и испаряется, как изображено, в виде пара 130 охладительной текучей среды на открытой воздействию поверхности 154 пористой металлической оболочки 110, унося индуцированное аэродинамическим путем тепло и образуя барьер выходящего потока для теплопередачи. Регулирующие поток клапаны 112 выполнены с обеспечением возможности управления перемещением текучей среды между охладительным резервуаром 146 и пористой металлической оболочкой 110. Регулирующие поток клапаны 112 распределены в матричной структуре 306 (фиг.3) под пористой металлической оболочкой 110. Таким образом, регулирующие поток клапаны 112 управляют охладительным потоком 138 для обеспечения высокой скорости потока в областях высокого нагрева и для обеспечения низкой скорости потока в областях низкого нагрева.

Охладительный поток 138 перемещается сквозь пористую металлическую оболочку 110 в направлении от теплозащищенной структуры, такой как транспортное средство 102, испаряется по мере увеличения температуры на пути к открытой поверхности 154 пористой металлической оболочки 110, охлаждает нагретую пористую металлическую оболочку 110, а полученный в результате пар 130 охладительной текучей среды создает дополнительный слой теплового рассеивания на открытой поверхности 154 пористой металлической оболочки 110. Таким образом, для теплозащищенной структуры 102 обеспечивается отвод тепла и тепловая защита.

Охладительный резервуар 146 выполнен с обеспечением возможности приема охладительной текучей среды 126 от линии 136 подачи охладителя и распределения ее посредством охладительного потока 138 для образования объема 132 охладительной рубашки между внешней стенкой 142 и внутренней стенкой 144 охладительного резервуара 146. Внешняя стенка 142 и внутренняя стенка 144 расположены напротив друг друга (на противоположных сторонах охладительного резервуара 146). Внешняя стенка 142 соединена с пористой металлической оболочкой 110, а внутренняя стенка 144 расположена вблизи и/или соединена с внутренней частью 106 транспортного средства 102.

Охладительный трубопровод 134 может быть использован для соединения по меньшей мере одного охладительного резервуара 146 и обеспечивает охладительный поток 138 охладительной текучей среды 126 по меньшей мере между одним охладительным резервуаром 146. Охладительный трубопровод 134 может быть соединен по меньшей мере с одним охладительным резервуаром 146 через соединение 164/166.

На фиг.2 показан вид в поперечном разрезе части примерной системы 200 (система 200) тепловой защиты многократного использования с высокой скоростью теплопередачи, изображающий альтернативный регулирующий поток клапан 202 (регулирующий клапан) в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Система 200 может содержать функции, материалы и структуры, подобные таковым в системе 100. Следовательно, общие признаки, функции и элементы могут не быть повторно описаны в настоящем документе.

Эффективное распределение охладительного потока 138 обеспечивается при помощи охладительного резервуара 146, расположенного под структурой 108 оболочки. Регулирующий поток клапан 202 содержит привод 114 клапана и конический управляющий потоком тарельчатый клапан 116. Привод 114 клапана соединен с внешней стенкой 142 охладительного резервуара 146.

На фиг.3 иллюстрирован вид 302 в поперечном разрезе и вид 304 сверху системы 100 тепловой защиты многократного использования с высокой скоростью теплопередачи, изображающие регулирующие поток клапаны 112, распределенные в матричной структуре 306 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.4 представлен примерный процесс 400 функционирования системы тепловой защиты многократного использования с высокой скоростью теплопередачи в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Различные задачи, выполняемые в связи с процессом 400, могут быть выполнены при помощи программного обеспечения, аппаратного обеспечения, программно-аппаратного обеспечения, читаемого с помощью компьютера программного обеспечения, читаемого с помощью компьютера носителя данных, читаемый с помощью компьютера носитель, содержащий исполняемые компьютером инструкции для выполнения процесса, механически или в любой их комбинации. Процесс 400 может быть записан на читаемый с помощью компьютера носитель, такой как полупроводниковое запоминающее устройство, магнитный диск, оптический диск и тому подобное устройство, а также к нему могут осуществлять доступ и выполнять его при помощи компьютерного ЦП, содержащего программное и аппаратное обеспечение, такого как процессорный модуль, в котором хранится читаемый с помощью компьютера носитель.

С иллюстративными целями следующее описание процесса 400 может ссылаться на элементы, упомянутые выше в связи с фиг.1-2. В некоторых вариантах осуществления изобретения части процесса 400 могут быть выполнены посредством различных элементов систем 100-200, таких как: структура 108 оболочки, регулирующие поток клапаны 112/202, охладительный резервуар 146 и т.п.Регулирующий поток клапан 112 относится к варианту осуществления изобретения, где указанный клапан 112 неподвижно прикреплен к внутренней стенке 144 на фиг.1, а регулирующий поток клапан 202 относится к варианту осуществления изобретения, где указанный клапан 202 неподвижно прикреплен к внешней стенке 142 на фиг.2. Следует понимать, что процесс 400 может включать любое количество дополнительных или альтернативных задач, а задачи, показанные на фиг.4 не обязательно должны быть выполнены в иллюстрированном порядке, при этом процесс 400 может быть включен в более содержательную процедуру или процесс, имеющий дополнительные функциональные возможности, не описанные подробно в настоящем документе. Процесс 400 может содержать функции, материалы и структуры, подобные таковым в вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг.1-3. Следовательно, общие признаки, функции и элементы могут не быть повторно описаны в настоящем документе.

Процесс 400 может начинаться с этапа соединения охладительного резервуара, содержащего множество перфорационных отверстий, с неоткрытой поверхностью пористой оболочки, содержащей открытую внешнюю поверхность (задача 402).

Продолжением процесса 400 может быть этап настраивания множества клапанов для регулировки охладительного потока от охладительного резервуара через перфорационные отверстия к пористой оболочке в соответствии с температурой пористой оболочки (задача 404).

Продолжением процесса 400 может быть этап настраивания открытой внешней поверхности для испарения охладителя (задача 406).

Продолжением процесса 400 может быть этап настраивания внешней стенки 142, смежной с неоткрытой поверхностью, и внутренней стенки 144, противоположной внешней стенке 142 (задача 408).

Внешняя стенка резервуара содержит сторону охладительного резервуара, противоположной внешней стенке 142.

Продолжением процесса 400 может быть этап настраивания каждого из клапанов с помощью привода, прикрепленного на конце, расположенном на одном из следующего: внешняя стенка 142 резервуара и внутренняя стенка 144 резервуара (задача 410).

Продолжением процесса 400 может быть этап настраивания привода клапана для перемещения одного из перемещаемых в перфорационных отверстиях с учетом температуры, тем самым частично блокируя охладительный поток (задача 412).

На фиг.5 представлен примерный процесс формирования системы тепловой защиты многократного использования с высокой скоростью теплопередачи в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Различные задачи, выполняемые в связи с процессом 500, могут быть выполнены механически, при помощи программного обеспечения, аппаратного обеспечения, программно-аппаратного обеспечения, читаемого с помощью компьютера программного обеспечения, читаемого с помощью компьютера носителя данных или в любой их комбинации. Процесс 500 может быть записан на читаемый с помощью компьютера носитель, такой как полупроводниковое запоминающее устройство, магнитный диск, оптический диск и тому подобное устройство, а также к нему могут осуществлять доступ и выполнять его, например, при помощи компьютерного ЦП, такого как процессорный модуль, в котором хранится читаемый с помощью компьютера носитель.

С иллюстративными целями следующее описание процесса 500 может ссылаться на элементы, упомянутые выше в связи с фиг.1-3. В некоторых вариантах осуществления изобретения части процесса 500 могут быть выполнены посредством различных элементов систем 100-200, таких как: структура 108 оболочки, регулирующие поток клапаны 112/202, охладительный резервуар 146 и т.п. Следует понимать, что процесс 500 может включать любое количество дополнительных или альтернативных задач, а задачи, показанные на фиг.5 не обязательно должны быть выполнены в иллюстрированном порядке, при этом процесс 500 может быть включен в более содержательную процедуру или процесс, имеющий дополнительные функциональные возможности, не описанные подробно в настоящем документе.

Процесс 500 может начинаться с этапа наполнения охладителем охладительного резервуара, содержащего множество перфорационных отверстий, соединенных с пористой оболочкой (задача 502).

Продолжением процесса 500 может быть этап регулировки охладительного потока от охладительного резервуара через перфорационные отверстия к пористой оболочке с помощью клапанов в соответствии с температурой пористой оболочки (задача 504).

Продолжением процесса 500 может быть этап испарения охладительной текучей среды из открытой внешней поверхности пористой оболочки (задача 506).

Продолжением процесса 500 может быть этап приведения в действие приводимых в действие приводов клапанов с учетом температуры (задача 508).

Продолжением процесса 500 может быть этап перемещения клапанов в перфорационных отверстиях при помощи приводимых в действие приводов клапанов (задача 510).

Процесс 500 может продолжаться частичным блокированием потока охладителя с помощью клапанов (задача 512).

Продолжением процесса 500 может быть этап увеличения охладительного потока через клапаны, когда температура является высокой, и снижения охладительного потока через клапаны, когда температура является низкой (задача 514).

Продолжением процесса 500 может быть этап соединения пористой оболочки с теплозащищенной структурой для обеспечения отвода из нее тепла и ее тепловой защиты (задача 516).

Продолжением процесса 500 может быть этап тепловой защиты космического летательного аппарата, содержащего теплозащищенную структуру, посредством отвода тепла от теплозащищенной структуры и обеспечения ее тепловой защиты во время входа в атмосферу космического летательного аппарата (задача 518).

Таким образом, варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают средства для защиты оболочки транспортного средства, способные противостоять эффектам нагревания и высоким температурам.

Термины и фразы, использованные в настоящем документе, а также их варианты, если иное не оговорено особо, следует истолковывать как неограничивающие по сравнению ограничивающими. В качестве примеров вышесказанного: термин «включающий» следует читать как означающий «включающий без ограничения» или тому подобное; термин «пример» используется для обеспечения примерных вариантов термина в обсуждении, а не исчерпывающих или ограничивающих их список; а прилагательные, такие как «обычный», «традиционный», «нормальный», «стандартный», «известный» и термины с подобным значением не должны быть истолкованы, как ограничение до элемента, описанного в данный период времени, или элемента, доступного на данный момент времени, но вместо этого следует читать, как охватывающие обычные, традиционные, нормальные или стандартные технологии, которые могут быть доступны или известны в настоящее время или в любое время в будущем.

Аналогично, относительно группы элементов, связанных с помощью союза «и», не следует толковать, как требование, что каждый из этих элементов будет присутствовать в указанной группе, а скорее следует понимать как «и/или», если иным образом не указано иное. Аналогично, относительно группы элементов, связанных с помощью союза «или», не следует толковать, как требование взаимной исключительности среди этой группы, а также следует понимать, как «и/или», если иным образом не указано иное. Кроме того, хотя элементы, предметы или компоненты настоящего изобретения могут быть описаны или заявлены в единственном числе, множественное число предполагается находящимся в пределах его объема, если ограничение до единственного числа не обозначено четко. Наличие расширяющих слов и фраз, таких как «один или более», «по меньшей мере», «но не ограничиваясь» или другие подобные фразы в некоторых случаях не следует читать, как означающие, что предполагается или требуется более узкий вариант в случаях, когда такие расширяющие фразы могут отсутствовать.

Вышеизложенное описание ссылается на элементы или узлы или признаки, являющиеся «соединенными» или «связанными» вместе. Как использовано в настоящем документе, если специально не указано иное, «соединенный» означает, что один элемент/узел/ признак непосредственно присоединен к другому элементу/узлу/признаку (или непосредственно осуществляет связь с ним), при этом не обязательно механически. Аналогично, если специально не указано иное, «связанный» означает, что один элемент/ узел/признак прямо или косвенно присоединен к другому элементу/узлу/ признаку (или прямо или косвенно взаимодействует с ним), и не обязательно механически. Таким образом, хотя на фиг.1-3 изображено расположение элементов, в варианте осуществления настоящего изобретения могут присутствовать дополнительные промежуточные элементы, устройства, признаки или компоненты.

Как использовано в настоящем документе, если специально не указано иное, «выполненный с обеспечением возможности» означает способность быть использованным, приспособленным или готовым к использованию или службе, применимым для определенной цели, и способность выполнять изложенную или требуемую функцию, описанную в настоящем документе. В отношении систем и устройств, термин «выполненный с обеспечением возможности» означает, что система и/или устройство является полностью функциональным и калиброванным, а также содержит элементы для выполнения изложенной функции при приведении его в действие и отвечает применимым требованиям по пригодности для этого. В отношении систем и схем, термин «выполненный с обеспечением возможности» означает, что система и/или схема является полностью функциональной и калиброванной, а также содержит логику для выполнения изложенной функции при приведении ее в действие и отвечает применимым требованиям по пригодности для этого.

1. Система для отвода тепла и тепловой защиты для транспортного средства, содержащая:

пористую оболочку, содержащую открытую внешнюю поверхность и неоткрытую поверхность,

охладительный резервуар, соединенный с указанной неоткрытой поверхностью и содержащий множество перфорационных отверстий, и

множество клапанов, выполненных с обеспечением возможности регулировки охладительного потока охладительной текучей среды от охладительного резервуара к пористой оболочке в соответствии с температурой пористой оболочки,

причем каждый из множества клапанов содержит управляющий тарельчатый клапан, выполненный с возможностью перемещения в соответствующем одном перфорационном отверстии из множества перфорационных отверстий для регулировки охладительного потока охладительной текучей среды через указанное соответствующее одно перфорационное отверстие.

2. Система по п. 1, в которой указанная открытая внешняя поверхность выполнена с возможностью испарения охладительной текучей среды.

3. Система по п. 1, в которой охладительный резервуар содержит внешнюю стенку, смежную с указанной неоткрытой поверхностью, и внутреннюю стенку, противоположную внешней стенке резервуара.

4. Система по п. 3, в которой каждый из множества клапанов содержит привод клапана, выполненный с возможностью перемещения управляющего тарельчатого клапана в соответствии с температурой охладительной текучей среды, при этом привод клапана неподвижно закреплен одним концом на внутренней стенке резервуара.

5. Система по п. 4, в которой привод клапана выполнен с возможностью перемещения управляющего тарельчатого клапана в перфорационном отверстии в зависимости от температуры, тем самым частично блокируя охладительный поток.

6. Система по п. 5, в которой охладительный поток возрастает, когда температура является высокой, и уменьшается, когда температура является низкой.

7. Система по п. 4, в которой привод клапана содержит гибкую биметаллическую полосу и/или сплав с эффектом памяти формы.

8. Система по п. 1, в которой пористая оболочка является оболочкой многократного использования, а также не является охлаждаемой путем абляции.

9. Система по п. 8, в которой пористая оболочка соединена с теплозащищенной структурой для обеспечения отвода тепла от нее и ее тепловой защиты.

10. Способ формирования системы для отвода тепла и тепловой защиты для транспортного средства, согласно которому:

соединяют охладительный резервуар с неоткрытой поверхностью пористой оболочки, содержащей открытую внешнюю поверхность, причем охладительный резервуар содержит множество перфорационных отверстий, и

конфигурируют множество клапанов для регулировки охладительного потока охладительной текучей среды от охладительного резервуара через множество перфорационных отверстий к пористой оболочке в соответствии с температурой пористой оболочки,

причем каждый из множества клапанов содержит управляющий тарельчатый клапан, выполненный с возможностью перемещения в соответствующем одном перфорационном отверстии из множества перфорационных отверстий для регулировки охладительного потока охладительной текучей среды через указанное соответствующее одно перфорационное отверстие.

11. Способ по п. 10, согласно которому дополнительно конфигурируют указанную открытую внешнюю поверхность для испарения охладительной текучей среды.

12. Способ по п. 10, согласно которому дополнительно конфигурируют внешнюю стенку резервуара, смежную с указанной неоткрытой поверхностью, и внутреннюю стенку резервуара, противоположную его внешней стенке.

13. Способ по п. 12, согласно которому дополнительно конфигурируют каждый из указанного множества клапанов с помощью соединенного с ними соответствующего привода клапана, неподвижно закрепленного на конце, расположенном на внутренней стенке резервуара.

14. Способ по п. 13, согласно которому дополнительно конфигурируют привод клапана для перемещения перемещаемого клапана из множества клапанов в множестве перфорационных отверстий в зависимости от температуры, тем самым частично блокируя охладительный поток.

15. Способ отвода тепла и обеспечения тепловой защиты для транспортного средства, согласно которому:

наполняют охладительной текучей средой охладительный резервуар, соединенный с пористой оболочкой и содержащий множество перфорационных отверстий, и

регулируют охладительный поток охладительной текучей среды от охладительного резервуара через множество перфорационных отверстий к пористой оболочке с помощью множества клапанов в соответствии с температурой пористой оболочки,

причем каждый из множества клапанов содержит управляющий тарельчатый клапан, выполненный с возможностью перемещения в соответствующем одном перфорационном отверстии из множества перфорационных отверстий для регулировки охладительного потока охладительной текучей среды через указанное соответствующее одно перфорационное отверстие.

16. Способ по п. 15, дополнительно включающий испарение охладителя с открытой внешней поверхности пористой оболочки.

17. Способ по п. 15, согласно которому дополнительно:

приводят в действие множество приводимых в действие приводов клапанов в зависимости от температуры;

перемещают множество клапанов во множестве перфорационных отверстий при помощи множества приводимых в действие приводов клапанов и

частично блокируют охладительный поток с помощью этого множества клапанов.

18. Способ по п. 15, согласно которому дополнительно увеличивают охладительный поток через множество клапанов, когда температура является высокой, и снижают охладительный поток через множество клапанов, когда температура является низкой.

19. Способ по п. 15, согласно которому дополнительно соединяют пористую оболочку с теплозащищенной структурой для обеспечения отвода тепла из нее и ее тепловой защиты.

20. Способ по п. 19, в котором транспортное средство является космическим летательным аппаратом, при этом способ дополнительно включает тепловую защиту космического летательного аппарата, содержащего теплозащищенную структуру, при помощи отвода тепла и обеспечения тепловой защиты теплозащищенной структуры во время вхождения в атмосферу этого космического летательного аппарата.



 

Похожие патенты:

Гиперзвуковой летательный аппарат (ЛА) содержит корпус с системой тепловой защиты, бак горючего с системой подачи и регулирования. Корпус представляет симметрично увеличивающееся и уменьшающееся по оси тело, имеющее форму веретена, остроугольного треугольника либо диска, и имеет систему регенеративного охлаждения горючим корпуса ЛА.

Система для тепловой защиты сверхвысокоскоростного летательного аппарата содержит источник (200) газа-холода, расположенный внутри герметичной полости, и приводное устройство (100) источника газа-холода для преобразования источника (200) газа-холода в газ высокого давления.

Аэродинамический фюзеляж самолета содержит переднюю, основную и хвостовую части. Основная часть фюзеляжа в поперечном сечении выполнена с шириной, превышающей высоту, которая плавно уменьшается в сторону хвостовой части.

Изобретение относится к авиационной и ракетной технике и может быть использовано для обеспечения теплового режима бортовой аппаратуры сверх- и гиперзвуковых летательных аппаратов (ЛА).

Изобретение относится к летательным аппаратам с тепловой абляционной защитой. Наконечник гиперзвукового летательного аппарата выполнен из углерод-углеродного композиционного материала.

Изобретение относится к ракетно-авиационной технике и может быть использовано в конструкции негерметичных отсеков двигательных установок (ДУ) сверх- и гиперзвуковых летательных аппаратов (ЛА).

Изобретение относится к средствам защиты бортовых накопителей полетной информации (НПИ) летательных аппаратов (ЛА) - самолетов и вертолетов от воздействия внешних разрушающих факторов: механических ударов, перегрузок, вибрации, статических давлений, а также факторов пожара и агрессивных жидкостей.

Изобретение относится к тепловой защите главным образом сверх- и гиперзвуковых летательных аппаратов (ЛА). Передняя кромка ЛА выполнена в виде оболочки со сферическим затуплением, воспринимающим пиковые тепловые нагрузки, и боковыми поверхностями, воспринимающими пониженные тепловые нагрузки.

Изобретение относится к ракетно-космической технике и касается защитных панелей. Защитная панель летательного аппарата (ЛА) состоит из плиток, жестко закрепленных на внешней поверхности ЛА.

Носовая часть для сверхзвукового летательного объекта имеет конусообразную форму тела с низким сопротивлением, симметричную относительно центральной оси, и элемент деформации, имеющий волнообразную форму.

Группа изобретений относится к тепловой защите теплонапряжённых конструкций аэрокосмических летательных аппаратов, преимущественно многократного использования. Для защиты конструкции от внешнего нагрева служит пористая металлическая оболочка, ограниченная внешней поверхностью и перфорированной поверхностью охладительного резервуара. Поток охладителя из резервуара через отверстия перфорации поступает в оболочку и испаряется, поглощая тепло. Клапаны, содержащие биметаллический или с памятью формы привод и конический управляющий тарельчатый клапан, регулируют поток охладителя через отверстия в зависимости от температуры пористой оболочки. Технический результат состоит в обеспечении средств и методов для защиты оболочки летательного аппарата от интенсивного нагрева, например, при спуске с орбиты в атмосфере. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх