一种4D打印件热管式前缘结构的制作方法

一种4d打印件热管式前缘结构
技术领域
1.本技术属于增材制造设计制造一体化领域，特别涉及一种4d打印件热管式前缘结构。


背景技术：

2.高超声速飞行器前缘驻点处因气体摩擦，产生强烈的气动热，表面温度可达800℃以上，对飞机结构的热防护需求带来很大的压力；同时飞机飞行时，不同阶段及姿态均会导致前缘结构极端的温度变化，易引起结构的热应力极端变化，进而导致结构破坏。
3.因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供了一种4d打印件热管式前缘结构，以解决现有技术存在的至少一个问题。
5.本技术的技术方案是：
6.一种4d打印件热管式前缘结构，具有机翼前缘外形，包括：
7.蒙皮，包括外蒙皮以及内蒙皮，所述内蒙皮设置在所述外蒙皮的内侧，所述外蒙皮与所述内蒙皮之间具有容纳腔，所述容纳腔中容纳有液态工质，所述外蒙皮的内表面以及所述内蒙皮的内表面均设置有细密点阵结构；
8.隔板，包括多个，所述隔板设置在所述外蒙皮与所述内蒙皮之间，用于分隔所述容纳腔，所述隔板上开设有通孔，所述通孔用于相邻容纳腔中的液态工质的流通；
9.机体连接结构，所述机体连接结构安装在所述蒙皮上，用于将所述蒙皮与机体结构连接。
10.在本技术的至少一个实施例中，所述液态工质为钠钾合金。
11.在本技术的至少一个实施例中，所述细密点阵结构的材质为铜基记忆合金。
12.在本技术的至少一个实施例中，所述细密点阵结构包括呈点阵排布的多个细密单元，所述细密单元包括：
13.第一矩形框，所述第一矩形框具有第一连接点、第二连接点、第三连接点、第四连接点；
14.第二矩形框，所述第二矩形框与所述第一矩形框平行设置，所述第二矩形框具有第五连接点、第六连接点、第七连接点、第八连接点，其中，所述第五连接点与所述第一连接点相对设置，所述第六连接点与所述第二连接点相对设置，所述第七连接点与所述第三连接点相对设置，所述第八连接点与所述第四连接点相对设置；
15.第一连接杆，所述第一连接杆连接所述第一连接点与所述第七连接点；
16.第二连接杆，所述第二连接杆连接所述第二连接点与所述第八连接点；
17.第三连接杆，所述第三连接杆连接所述第三连接点与所述第五连接点；
18.第四连接杆，所述第四连接杆连接所述第四连接点与所述第六连接点；
19.第一螺旋杆，所述第一螺旋杆连接所述第一连接点与所述第五连接点；
20.第二螺旋杆，所述第二螺旋杆连接所述第二连接点与所述第六连接点；
21.第三螺旋杆，所述第三螺旋杆连接所述第三连接点与所述第七连接点；
22.第四螺旋杆，所述第四螺旋杆连接所述第四连接点与所述第八连接点。
23.在本技术的至少一个实施例中，所述隔板包括第一隔板以及第二隔板，其中，
24.所述第一隔板包括多个，多个所述第一隔板沿展向均匀布置，将所述容纳腔沿展向分隔成多个，所述第一隔板上开设有通孔；
25.所述第二隔板包括一个，布置在前端，将所述容纳腔分隔成上侧容纳腔和下侧容纳腔。
26.在本技术的至少一个实施例中，所述第一隔板上的通孔为长椭圆形孔。
27.在本技术的至少一个实施例中，所述隔板靠近所述外蒙皮的位置处设置有所述细密点阵结构。
28.在本技术的至少一个实施例中，所述外蒙皮、所述内蒙皮、所述细密点阵结构以及所述隔板为采用4d打印技术的一体成型结构。
29.发明至少存在以下有益技术效果：
30.本技术的4d打印件热管式前缘结构，能够解决高超声速飞行器前缘结构热防护问题，具有结构紧凑，实用性强，可靠性高等优点。
附图说明
31.图1是本技术一个实施方式的4d打印件热管式前缘结构整体示意图；
32.图2是本技术一个实施方式的4d打印件热管式前缘结构剖视图；
33.图3是本技术一个实施方式的外蒙皮示意图；
34.图4是本技术一个实施方式的内蒙皮示意图；
35.图5是本技术一个实施方式的细密点阵结构示意图；
36.图6是本技术一个实施方式的隔板示意图。
37.其中：
38.1-外蒙皮；2-内蒙皮；3-细密点阵结构；4-隔板；5-机体连接结构。
具体实施方式
39.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施例进行详细说明。
40.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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技术和简化描述，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技术保护范围的限制。
41.下面结合附图1至图6对本技术做进一步详细说明。
42.本技术提供了一种4d打印件热管式前缘结构，具有机翼前缘外形，包括：蒙皮、隔板4以及机体连接结构5。
43.具体的，如图2所示，蒙皮包括外蒙皮1以及内蒙皮2，内蒙皮2设置在外蒙皮1的内侧，外蒙皮1与内蒙皮2之间具有容纳腔，容纳腔中容纳有液态工质，外蒙皮1的内表面以及内蒙皮2的内表面均设置有细密点阵结构3；隔板4包括多个，隔板4设置在外蒙皮1与内蒙皮2之间，隔板4分别与内外蒙皮连接(内外蒙皮与隔板4连接的位置处并未设置细密点阵结构3)，隔板4能够对容纳腔进行分隔，隔板4上开设有通孔，通孔用于相邻容纳腔中的液态工质的流通；机体连接结构5安装在蒙皮上，用于将蒙皮与机体结构连接。
44.本市很强的4d打印件热管式前缘结构，液态工质可以根据前缘实际工况进行选取。在本技术优选实施方式中，液态工质为钠钾合金。
45.在本技术优选实施方式中，细密点阵结构3的材质为铜基记忆合金，细密点阵结构3包括呈点阵排布的多个细密单元，细密单元包括：两个矩形框、四个连接杆以及四个螺旋杆，具体的，第一矩形框具有第一连接点、第二连接点、第三连接点、第四连接点；第二矩形框与第一矩形框平行设置，第二矩形框具有第五连接点、第六连接点、第七连接点、第八连接点，其中，第五连接点与第一连接点相对设置，第六连接点与第二连接点相对设置，第七连接点与第三连接点相对设置，第八连接点与第四连接点相对设置；第一连接杆连接第一连接点与第七连接点；第二连接杆连接第二连接点与第八连接点；第三连接杆连接第三连接点与第五连接点；第四连接杆连接第四连接点与第六连接点；第一螺旋杆连接第一连接点与第五连接点；第二螺旋杆连接第二连接点与第六连接点；第三螺旋杆连接第三连接点与第七连接点；第四螺旋杆连接第四连接点与第八连接点。
46.在本技术的优选实施方式中，隔板4包括第一隔板以及第二隔板，其中，第一隔板包括多个，多个第一隔板沿展向均匀布置，将容纳腔沿展向分隔成多个，第一隔板上开设有多个通孔；本实施例中，优选第一隔板上的通孔为长椭圆形孔。第二隔板包括一个，布置在前端，将容纳腔分隔成上侧容纳腔和下侧容纳腔。有利的是，本实施例中，在隔板4靠近外蒙皮1的位置处同样设置有细密点阵结构3，配合外蒙皮1以及内蒙皮2上的细密点阵结构3，共同构成3层细密点阵结构3。
47.本技术的4d打印件热管式前缘结构，如图3所示，外蒙皮1的外表面为光滑表面，在结构上起到维持气动外形和承载的作用，在功能上起到吸收前缘外表面气动热，引起工质蒸发的作用；外蒙皮1的内表面设置有细密点阵结构3，能够增加蒙皮刚度和承载能力，同时利用相对较为粗糙表面的浸润作用，吸收液态工质，并结合细密点阵结构3的多孔状态，起到吸收液态工质，促进液态工质回流的作用；该细密点阵结构3在高度方向上具有螺旋形的连接件(结构形式类似弹簧)，利用铜基记忆合金的记忆作用，高温下收缩，将细密点阵结构3进一步致密化，提高对液体回流毛细力，增大管内气体流动通道，提高导热效率；温度较低时，细密点阵结构3相对疏松，降低液体回流阻力。
48.本技术的4d打印件热管式前缘结构，如图4所示，内蒙皮2的外表面为光滑表面，在结构上起到承载以及同机体内部结构连接的作用；内蒙皮2的内表面为细密点阵结构3，除
增加蒙皮刚度和承载能力外，同时起到吸收液态工质，促进液态工质回流的作用，并在内蒙皮2内侧形成液态工质层，起到一定的隔热作用避免热量向机体内部传递。
49.本技术的4d打印件热管式前缘结构，细密点阵结构3同整体结构一体化成形，在结构上起到承载和增加结构刚度的作用，功能上内、外蒙皮以及细密点阵结构3共同起到吸收液态工质，促进液态工质回流的作用，同时还起到空间分割的作用，保证内部液态工质及高温蒸汽分布的均匀性。
50.本技术的4d打印件热管式前缘结构，隔板4一体成型，起到承载作用，同时能够将外蒙皮1的热量传导至内部，促进工质蒸发，起到空间分割作用，隔板4上的开孔为长椭圆形，可实现无支撑打印，同时可以在不严重降低承载能力的情况下，促进高温蒸汽对流，使工质分布均匀，促进温度分布的均匀性。
51.本技术的4d打印件热管式前缘结构，机体连接结构5位于前缘内侧，同机体结构和蒙皮连接，起到连接前缘的作用，并且保证表面光滑。
52.在本技术的优选实施方式中，外蒙皮1、内蒙皮2、细密点阵结构3以及隔板4为采用4d打印技术的一体成型结构。
53.本技术的4d打印件热管式前缘结构，相对于一般前缘结构，具有模块化，结构简单，可靠性高的特点，并且能够在短时间内吸收大量的热，实现温度的快速控制；相较于一般热管结构的“壳体(承载、导热)+丝网(吸液、回流)”的组合分体结构，本技术内部布置3层细密点阵结构3并同蒙皮一体化成形，可有效降低热量传递至将内部；内部细密点阵结构3起到增加结构整体刚度的作用，同时该细密点阵结构3在高度方向上具有近弹簧结构状态，利用铜基记忆合金的记忆作用，当温度升高时，弹簧逐步收缩，将点阵进一步致密化，提高液体毛细力，增大气体流动通道，提高传热效率，保持前缘结构的温度相对稳定，避免频繁的极端的温度变化引起机体结构的热应力破坏；在使用过程中，能够在短时间内大量的吸收气动热，同前缘驻点处工况匹配度高，能够在高超声速飞行器上获得应用。
54.热管结构是利用材料的相变吸热原理，将热量转移的一种技术，本技术利用该技术，可在短时间内将高温区的大量热量转移至低温区，从而实现高温区的降温，具有响应快，热传输功率高等优点。本专利基于4d打印铜基记忆合金成形技术，基于此工艺约束，完成一体化热管式前缘结构的设计制造，实现热管效率随温度变化的实时变化，维持前缘结构温度的相对稳定，提高服役寿命，形成全新的热防护技术方案。
55.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种4d打印件热管式前缘结构，具有机翼前缘外形，其特征在于，包括：蒙皮，包括外蒙皮(1)以及内蒙皮(2)，所述内蒙皮(2)设置在所述外蒙皮(1)的内侧，所述外蒙皮(1)与所述内蒙皮(2)之间具有容纳腔，所述容纳腔中容纳有液态工质，所述外蒙皮(1)的内表面以及所述内蒙皮(2)的内表面均设置有细密点阵结构(3)；隔板(4)，包括多个，所述隔板(4)设置在所述外蒙皮(1)与所述内蒙皮(2)之间，用于分隔所述容纳腔，所述隔板(4)上开设有通孔，所述通孔用于相邻容纳腔中的液态工质的流通；机体连接结构(5)，所述机体连接结构(5)安装在所述蒙皮上，用于将所述蒙皮与机体结构连接。2.根据权利要求1所述的4d打印件热管式前缘结构，其特征在于，所述液态工质为钠钾合金。3.根据权利要求1所述的4d打印件热管式前缘结构，其特征在于，所述细密点阵结构(3)的材质为铜基记忆合金。4.根据权利要求3所述的4d打印件热管式前缘结构，其特征在于，所述细密点阵结构(3)包括呈点阵排布的多个细密单元，所述细密单元包括：第一矩形框，所述第一矩形框具有第一连接点、第二连接点、第三连接点、第四连接点；第二矩形框，所述第二矩形框与所述第一矩形框平行设置，所述第二矩形框具有第五连接点、第六连接点、第七连接点、第八连接点，其中，所述第五连接点与所述第一连接点相对设置，所述第六连接点与所述第二连接点相对设置，所述第七连接点与所述第三连接点相对设置，所述第八连接点与所述第四连接点相对设置；第一连接杆，所述第一连接杆连接所述第一连接点与所述第七连接点；第二连接杆，所述第二连接杆连接所述第二连接点与所述第八连接点；第三连接杆，所述第三连接杆连接所述第三连接点与所述第五连接点；第四连接杆，所述第四连接杆连接所述第四连接点与所述第六连接点；第一螺旋杆，所述第一螺旋杆连接所述第一连接点与所述第五连接点；第二螺旋杆，所述第二螺旋杆连接所述第二连接点与所述第六连接点；第三螺旋杆，所述第三螺旋杆连接所述第三连接点与所述第七连接点；第四螺旋杆，所述第四螺旋杆连接所述第四连接点与所述第八连接点。5.根据权利要求1所述的4d打印件热管式前缘结构，其特征在于，所述隔板(4)包括第一隔板以及第二隔板，其中，所述第一隔板包括多个，多个所述第一隔板沿展向均匀布置，将所述容纳腔沿展向分隔成多个，所述第一隔板上开设有通孔；所述第二隔板包括一个，布置在前端，将所述容纳腔分隔成上侧容纳腔和下侧容纳腔。6.根据权利要求5所述的4d打印件热管式前缘结构，其特征在于，所述第一隔板上的通孔为长椭圆形孔。7.根据权利要求5所述的4d打印件热管式前缘结构，其特征在于，所述隔板(4)靠近所述外蒙皮(1)的位置处设置有所述细密点阵结构(3)。8.根据权利要求1所述的4d打印件热管式前缘结构，其特征在于，所述外蒙皮(1)、所述内蒙皮(2)、所述细密点阵结构(3)以及所述隔板(4)为采用4d打印技术的一体成型结构。

技术总结
本申请属于增材制造设计制造一体化领域，特别涉及一种4D打印件热管式前缘结构。包括：蒙皮，包括外蒙皮以及内蒙皮，所述内蒙皮设置在所述外蒙皮的内侧，所述外蒙皮与所述内蒙皮之间具有容纳腔，所述容纳腔中容纳有液态工质，所述外蒙皮的内表面以及所述内蒙皮的内表面均设置有细密点阵结构；隔板，包括多个，所述隔板设置在所述外蒙皮与所述内蒙皮之间，用于分隔所述容纳腔，所述隔板上开设有通孔，所述通孔用于相邻容纳腔中的液态工质的流通；机体连接结构，所述机体连接结构安装在所述蒙皮上，用于将所述蒙皮与机体结构连接。本市申请能够解决高超声速飞行器前缘结构热防护问题，具有结构紧凑，实用性强，可靠性高等优点。可靠性高等优点。可靠性高等优点。


技术研发人员：张瑞 吴斌 王福雨 汪嘉兴 玄明昊
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所
技术研发日：2022.12.01
技术公布日：2023/6/7