一种高性能柔性蒙皮

本发明属于航空航天技术-变体飞行器领域，尤其涉及一种高性能柔性蒙皮。

背景技术：

1、变体飞行器在飞行时会经历不同的速度域，这种跨域飞行要经历极高的温度区间，对柔性蒙皮提出了严峻的挑战。理想情况下，变体飞行器的蒙皮需要具备：耐高温、应变量大、承载能力高等性能，这对蒙皮提出了极高的要求。传统的柔性蒙皮多以低模量、高弹性的聚合物为基础，如橡胶、硅胶、pdms等材料，其承载能力小，工作温度低。以金属基陶瓷复合材料、sma复合材料为基础的蒙皮能实现在较高的温度下主动变形，但变形量较低。因此，能满足上述要求的高性能蒙皮还没有出现，亟需一种高性能的柔性蒙皮来推动变体飞行器的发展。

2、受生物蒸发、排汗等方式降温启发，利用发汗相变方法降低蒙皮温度是一种非常有效的手段。相变散热是利用物质在相变过程中释放或吸收大量潜热来实现热量传递的散热方式。相变散热具有传热效率高、热稳定性高(能够保持物体的温度在一定范围内)等优点。首先利用传热效率高的特点，可以实现蒙皮的主动降温；其次利用相变的热稳定性特点，可以控制相变材料的使用量，实现控制物体的温度。

3、当前有关柔性蒙皮的专利较多，但大部分集中于柔性蒙皮的结构、材料制备等方面，所获得的柔性蒙皮不具备在极端的高温下工作的特性。同样的，有关发汗相变相关的专利也较多，但大部分专利都集中于相变材料的制备、固体多孔介质的相变发汗，不具备变形性能或变形量小。当前，具有柔性蒙皮和相变发汗两者结合的主要研究有：现有技术1(名称：超限热防护与生存状态感知的高速飞行器柔性蒙皮，公开号cn109823508a，公开日：2019.5.31)采用贯通的微孔实现冷却剂渗透到蒙皮表面，然而由于冷却剂溢出孔的流量不均匀，该蒙皮不能在过高的环境中使用。现有技术2(基于多孔泡沫的高速飞行器超限热防护柔性蒙皮及其方法，公开号cn110696440a，公开日：2020.01.17)为同一发明人，对现有技术1的渗透不均匀问题实施了改进，将蒙皮设计成3层，中间层采用多孔泡沫，提高了渗透的均匀性。然而该蒙皮制备方法复杂，尤其是上层的微孔结构部分，制备不当时，仍可能会出现渗透不均匀现象，在高温环境下仍有失效的可能性。同时，该专利采用的蒙皮材料优选为聚二甲基硅氧烷(pdms)、ecoflex、硅橡胶等柔性聚合物，不具备有形状记忆性能，在应用时需要极高的驱动力推动蒙皮变形。

4、综上所述，通过引入新材料、与发汗相结合等方式，蒙皮的耐温极限得到了一定程度的提高，但最高温度仍低于1000℃的状态，与应用需求差距较大。为了提高柔性蒙皮的耐高温极限，实现柔性蒙皮在极端环境中仍保持应变量大、承载能力高的能力，亟需发明一种高性能柔性蒙皮，以推动变体飞行器的发展。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高性能柔性蒙皮，该柔性蒙皮具有耐高温、应变量大、承载能力强等特点，能够应用于跨域变体飞行器，实现飞行器的变形飞行。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高性能柔性蒙皮，包括基底，所述基底上设置有多孔介质层；所述多孔介质层的表面为均匀的多孔结构；所述多孔介质层的内部有相互交错连通的微流孔；所述多孔介质层内设置有冷却剂主流道；所述基底内设置有若干个空腔，所述空腔内填充有液态金属。

3、进一步地，所述多孔介质层内均匀设置有若干个仿生流道；每个所述仿生流道均与冷却剂主流道连通。

4、进一步地，所述冷却剂主流道包括直流道和回型流道。

5、进一步地，所述多孔介质层内设置有若干个液态金属通道孔；所述液态金属通道孔内填充有液态金属。

6、进一步地，包括冷却剂控制系统，所述冷却剂控制系统包括过滤器、流量控制阀、流量计和主管道且依次连接；所述主管道连通若干个分流管道，所述分流管道连通冷却剂主流道；所述柔性蒙皮内部设置有第一温度传感器，所述多孔介质层的表面设置有第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器均连接测量元件，所述测量元件连接比较元件；所述比较元件产生的反馈信号输入到流量控制阀中控制流量大小。

7、进一步地，所述分流管道通过多通管连通多张所述柔性蒙皮的冷却剂主流道。

8、进一步地，通过调节冷却剂的注入率大小，调节蒙皮表面温度。

9、进一步地，所述基底和多孔介质层的材料均为柔性材料。

10、进一步地，所述柔性材料包括smp、sma、peek、smpi、硅胶、ecoflex、pdms和橡胶。

11、进一步地，对于具有形状记忆功能的柔性材料，使用3d/4d打印或者烧结成型方法制备所述柔性蒙皮；

12、对于无形状记忆功能的柔性材料，使用3d打印方法制备所述柔性蒙皮。

13、本发明的有益效果是：

14、(1)本发明实施例的柔性蒙皮具有耐高温、应变量大、承载能力高等优点；

15、(2)本发明实施例的柔性蒙皮可实现承受1300℃高温气流≤3min，工作温度高，工作时间长。

16、(3)本发明实施例的柔性蒙皮通过控制蒙皮的温度实现玻璃态度到橡胶态的转变，实现机翼变形量的控制；

17、(4)本发明承载能力高，在蒙皮底部及内部部分区域耦合液态金属，提高了承载能力，与一般的蒙皮相比，承载能力有所提高；

18、(5)本发明适用于多种材料，具有通用性，对于大部分柔性材料均适用；

19、(6)本发明应用范围广泛，不仅适用于跨域变体飞行器，还适用于返回式卫星、航天飞行器、火箭和战略导弹等。

技术特征：

1.一种高性能柔性蒙皮，其特征在于，包括基底，所述基底上设置有多孔介质层；所述多孔介质层的表面为均匀的多孔结构；所述多孔介质层的内部有相互交错连通的微流孔；所述多孔介质层内设置有冷却剂主流道；所述基底内设置有若干个空腔，所述空腔内填充有液态金属。

2.根据权利要求1所述的一种高性能柔性蒙皮，其特征在于，所述多孔介质层内均匀设置有若干个仿生流道；每个所述仿生流道均与冷却剂主流道连通。

3.根据权利要求1所述的一种高性能柔性蒙皮，其特征在于，所述冷却剂主流道包括直流道和回型流道。

4.根据权利要求1所述的一种高性能柔性蒙皮，其特征在于，所述多孔介质层内设置有若干个液态金属通道孔；所述液态金属通道孔内填充有液态金属。

5.根据权利要求1所述的一种高性能柔性蒙皮，其特征在于，包括冷却剂控制系统，所述冷却剂控制系统包括过滤器、流量控制阀、流量计和主管道且依次连接；所述主管道连通若干个分流管道，所述分流管道连通冷却剂主流道；所述柔性蒙皮内部设置有第一温度传感器，所述多孔介质层的表面设置有第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器均连接测量元件，所述测量元件连接比较元件；所述比较元件产生的反馈信号输入到流量控制阀中控制流量大小。

6.根据权利要求5所述的一种高性能柔性蒙皮，其特征在于，所述分流管道通过多通管连通多张所述柔性蒙皮的冷却剂主流道。

7.根据权利要求5所述的一种高性能柔性蒙皮，其特征在于，通过调节冷却剂的注入率大小，调节蒙皮表面温度。

8.根据权利要求1所述的一种高性能柔性蒙皮，其特征在于，所述基底和多孔介质层的材料均为柔性材料。

9.根据权利要求8所述的一种高性能柔性蒙皮，其特征在于，所述柔性材料包括smp、sma、peek、smpi、硅胶、ecoflex、pdms和橡胶。

10.根据权利要求8所述的一种高性能柔性蒙皮，其特征在于，对于具有形状记忆功能的柔性材料，使用3d/4d打印或者烧结成型方法制备所述柔性蒙皮；

技术总结本发明公开了一种高性能柔性蒙皮，包括基底，所述基底上设置有多孔介质层；所述多孔介质层的表面为均匀的多孔结构；所述多孔介质层的内部有相互交错连通的微流孔；所述多孔介质层内设置有冷却剂主流道；所述基底内设置有若干个空腔，所述空腔内填充有液态金属。本发明的柔性蒙皮具有耐高温、应变量大、承载能力高等优点，可实现承受1300℃高温气流≤3min，工作温度高，工作时间长；还可通过控制蒙皮的温度实现玻璃态度到橡胶态的转变，应用范围广泛，不仅适用于跨域变体飞行器，还适用于返回式卫星、航天飞行器、火箭和战略导弹等。技术研发人员：李华,黄菊伟,李铁风,周昊飞,张岑楠受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/4/22