军事航空工业应用

在现代军事航空领域,先进航空飞行器正朝着高空高速、长航时、临近空间飞行、隐身等方向发展,所搭载的武器设备也越来越先进,功率提取也越来越大,其热负载因此而大幅度攀升。先进战斗机、超高速导弹和大型军用运输机等,在设计与运行过程中普遍面临极端高温热管理的问题。这些高温来源主要包括以下几个方面:


高速飞行时的空气摩擦:当飞行器以高速飞行时,机体与空气之间的剧烈摩擦会产生大量热量。


发动机工作的高温燃气:高性能发动机在运作过程中会释放高温废气,进一步增加热负荷。


高集成度电子设备的散热:现代飞行器集成了大量先进的电子设备,这些设备在运行过程中也会产生显著的热量。


其它系统的热载荷:动力系统、电源系统、液压系统等都会产生额外的热能。


随着飞行器设计趋向综合化与紧凑化,许多热源被集中在一个相对较小的空间内。而为了减轻重量,机身通常采用导热性能较差的复合材料。此外,为了实现隐身效果并减少阻力,飞行器往往要求尽量减少外部开口的数量和尺寸,这限制了通过外表面与外界空气对流散热的能力。特别是当飞行器进行超声速巡航时,冲压空气的滞止温度非常高,进一步降低了外界空气作为热沉的有效性。


在全任务周期内,飞行器各系统的工作状态是动态变化的,产生的热能随时间和强度具有不确定性。热源分布广泛,而可用作散热的热沉资源却相对有限。这些条件对飞行器的环境控制与热管理系统提出了严峻的挑战,使得综合热管理技术变得至关重要。有效的热管理系统不仅能提高飞行器的可靠性与寿命,还能确保电子设备及其它关键系统的正常运行。


尽管散热设计是热管理的重要组成部分,但隔热同样重要,特别是在应用高效率发动机和复合材料蒙皮而使得飞机散热更加困难的情况下。选用隔热性能极好的高温材料可以有效减少热量的产生和散播,从而提高热管理系统的效率。


微纳绝热材料和纳奇隔热材料因其优异的隔热性能和轻质特性,使其成为解决高温热管理挑战的重要材料。经铝箔或合金箔封装设计的微纳绝热定制隔热罩和柔性隔热毯,在军事航空领域具有广阔的应用前景:


可作为高性能热屏蔽材料用于战斗机发动机舱壳的热屏蔽防护系统,保护发动机舱周围的结构免受高温影响,从而保护电子设备和其它敏感组件;


飞行器燃烧室与尾喷管:定制设计的超薄微纳隔热材料可作为辅助隔热防护材料,能有效隔绝高速飞行器发动机高温段对周围结构的不良影响,减少系统的冷却降温压力,增强战斗机的红外隐身性能;


飞机管道系统和辅助动力单元(APU):如发送机空气管道、除冰系统、环境控制系统、其它高温管道与导管以及APU排气与引气等。超低导热系数的微纳绝热材料和纳奇隔热材料能确保这些系统或组件的热管理或热防护处于更加有效和可靠的状态,并保护附近重要部件;


航空器数据记录仪:微纳绝热材料可模塑定制成特定的几何形状,用于保护飞行数据记录器内部敏感的电子元器件,其卓越的防火隔热性能可确保飞行数据(包括有人飞行器的语音记录和驾驶舱记录等)在火灾等极端环境下仍完好无损;


飞行器电缆电信和电气设备:尤其靠近高温源位置,需要优秀的高效隔热防火保护。使用柔性微纳绝热材料和纳奇隔热材料进行包封防护,可提供极佳的隔热和防火性能;


航空器的液压系统单元:做成带状的微纳隔热毡还非常适用于飞行器中那些空间狭窄的燃料与液压管路系统,以及选用普通隔热材料无法有效绝热的局部区域;


发动机吊舱和反推力装置:大型军用运输机涡扇反推力装置在工作时产生的反向高温燃气对机舱及其关键附件会造成严重的高温危害。对此,适应高频振动的超薄微纳柔性绝热毯是理想的首选材料,它可以大幅减少高温燃气对涡扇发动机舱及附近构件的热传导,并满足超薄超轻的隔热防护设计要求。


大型军用运输机的发动机挂架构件:与其它高温纤维组合设计,微纳绝热材料还非常适合用作发动机机舱挂架构件的高效热屏蔽材料,大大增强机舱挂架的结构安全性,并延长其工作寿命。


使用定制化的微纳绝热材料和纳奇隔热材料,非常有助于解决军事航空飞行器在高温热管理方面的挑战,进一步提升飞行器的可靠性和安全性。而且,微纳绝热材料和纳奇隔热材料因设计密度较低,能在减轻重量和减少热屏蔽厚度的前提下提供最高效的高温隔热性能,这对飞行器机内构件的轻薄化设计以及提高其空间利用率、载重能力和燃油效率均具有重要意义。


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