[發明專利]一種瞬態均布熱力載荷協調施加裝置及方法

無效

• 申請號: 201210528776.1
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號: CN103018096A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 秦強;王琦;蔣軍亮;成竹
• 申請（專利權）人: 中國飛機強度研究所
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/18
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

技術領域

本發明屬于航空強度試驗領域，特別是涉及到一種瞬態均布熱力載荷協調施加裝置及方法。

背景技術

高超聲速科技是二十一世紀航空航天領域的制高點，新一代空天飛行器可作為未來的商用飛機，實現洲際旅行的朝出晚歸；航天飛機可為未來太空開發提供一個更經濟、更安全進入軌道的運載工具；高超聲速武器具有突防能力強、反應快速、精確打擊和機動作戰的能力。高超聲速科技的突破將對一個國家科學技術和國民經濟的發展、綜合國力的提升將產生重大影響。因此，進入二十一世紀以來，包括我國在內的很多國家都對高超聲速飛行器研制進行了較大力度的投入。然而，當飛行器以高超聲速在大氣層內飛行時，其周圍的空氣由于摩擦、壓力改變和速度受到阻滯等原因而出現升溫。高溫空氣再以對流換熱、導熱等方式把熱量傳輸給飛行器，致使其結構表面溫度升高，即所謂的氣動加熱。飛行器飛行速度越高，氣動加熱問題越嚴重，其表面溫度也就越高。例如當飛行器以Ma=8的速度在27千米高空飛行時其頭錐處的溫度為1793℃，機翼或尾翼前緣的溫度高達1455℃，其他部位溫度相對較低但也都達到了800℃左右。

為了保證高超聲速飛行器的安全，通常會在其蒙皮表面敷設熱防護結構陣列。該熱防護結構主要起隔熱作用，使飛行器承載結構的溫度控制在允許的范圍之內。對于單塊的熱防護結構而言，在服役過程中其外表面同時承受著隨時間變化的均布氣動力、氣動熱載荷。因此在利用試驗手段驗證熱防護結構設計的合理性、可靠性時，就需要盡可能的做到以下幾點：熱防護結構試驗件的上表面加熱均勻、施力均勻（均布力）；熱防護結構試驗件的上表面熱與力同時施加；熱防護結構試驗件上表面施加的熱、力學載荷可以隨時間變化。只有盡可能的做到了以上幾點才能保證熱防護結構試驗質量，試驗數據也才能真實有效的反映熱防護結構熱/力學特征。然而，目前針對熱防護結構的地面試驗驗證方法有兩種：風洞試驗和結構熱試驗。前者可以非常精確的模擬熱防護結構服役過程中其表面的熱、力受載狀況，但是試驗成本過高。后者目前的做法是通過可控的輻射加熱裝置——石英燈加熱器實現熱防護結構試驗件上表面的瞬態加熱，通過把熱防護結構外表面實際服役過程中承受的均布氣動力折算為多個集中力后利用多個剛性傳力桿實現力載荷傳遞、施加（見圖1）。這種熱、力載荷施加問題是均布氣動力沒有很好的模擬，而且容易引起應力集中問題，從而有可能導致熱防護結構試驗件的提前破壞。同時，剛性傳力桿對熱防護結構試驗件外表面均勻溫度場也有較大的影響，從而導致測出的熱防護結構試驗件瞬態熱響應不能反映熱防護結構實際服役過程中的熱響應特征，致使熱防護結構試驗失敗。所以該熱、力載荷施加方法容易導致“過試驗”或“欠試驗”現象，不能得到熱防護結構有效的熱、力學性能數據。

總而言之，在目前的熱防護結構試驗中，還不能低成本的有效解決瞬態均布熱、力載荷的協同施加問題。

發明內容

發明目的：提供一種能實現熱防護結構試驗件外表面瞬態均布熱、力載荷協同施加的瞬態均布熱力載荷協調施加裝置和方法。

技術方案：一種瞬態均布熱力載荷協調施加裝置，包括載荷傳遞裝置1、接觸式加熱器2以及隔熱氈3，所述載荷傳遞裝置1由耐高溫陶瓷制成，所述接觸式加熱器2包括加熱絲201及耐高溫陶瓷外殼202。

所述載荷傳遞裝置1外形為四棱臺結構，下表面101的面積大于上表面102的面積，且下表面101的面積不小于熱防護結構試驗件4的上表面401的面積。

所述加熱絲201為電阻絲或電阻片。

所述隔熱氈3為耐高溫柔性高鋁質纖維材料隔熱氈。

所述接觸式加熱器2還包括一個可以調節施加電壓的控制裝置203。

一種瞬態均布熱力載荷協調施加方法，利用到上面所述的裝置，包括以下步驟：

步驟一、按照熱防護結構試驗件4下表面402實際服役過程中換熱特征、受載特征放置熱防護結構試驗件；

步驟二、將接觸式加熱器2放置到熱防護結構試驗件4的上表面401，并使得接觸式加熱器2覆蓋住熱防護結構試驗件4的上表面401，保證接觸式加熱器2與熱防護結構試驗件4的上表面401的緊密貼實接觸；

步驟三、將隔熱氈3放置到接觸式加熱器2的上表面204，并使得隔熱氈3覆蓋住接觸式加熱器2的上表面204，保證隔熱氈3與接觸式加熱器2的上表面204的緊密貼實接觸；

步驟四、將載荷傳遞裝置1放置在隔熱氈3上表面301，并使得載荷傳遞裝置1的下表面101覆蓋住隔熱氈3的上表面301，保證載荷傳遞裝置1與隔熱氈3的上表面301的緊密貼實接觸；