[發明專利]一種火焰加熱式熱噪聲復合環境試驗裝置

在審

• 申請號: 201310527010.6
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN104596781A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 吳振強;程昊;張正平;張偉;劉寶瑞;郭靜
• 申請（專利權）人: 北京強度環境研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

技術領域

本發明涉及力熱復合環境試驗裝置，屬于飛行器結構強度與環境評估技術領域，用于在地面模擬飛行器巡航或再入過程中面臨的熱噪聲復合環境。

背景技術

高馬赫數飛行器、可重復使用運載器等在巡航和再入過程中經受著嚴酷的氣動熱、噪聲等復合環境，如由推進系統/邊界層產生的高聲強噪聲，局部區域超過170dB，由于在大氣層中長時間巡航，大面積熱防護系統溫度超過1000℃，局部溫度可達2000℃以上。在高聲強噪聲長時間作用下，飛行器結構會發生疲勞破壞。氣動熱環境改變了飛行器結構的熱物理參數和力學性能，非均勻溫度場產生熱應力將影響結構剛度，引發結構發生屈曲，與噪聲共同作用下，加快了飛行器結構的熱噪聲疲勞破壞。高超聲速飛行器的金屬熱防護系統、防熱瓦結構、翼舵結構等在優化設計和性能考核中，均需開展熱環境溫度超過1000℃的熱噪聲復合環境驗證試驗。

針對單一噪聲環境和熱環境模擬設備方面，國內相關研究較多。其中單一噪聲環境的地面模擬設備主要有混響室和行波管。混響室噪聲裝置主要用于模擬混響聲場，用于儀器艙段的聲傳遞試驗。行波管噪聲裝置用于模擬行波聲場，主要用于飛行器壁板結構的動強度評估、機載設備耐聲功能試驗和耐聲疲勞試驗。對于單一熱環境的模擬，目前主要是采用石英燈為基本加熱元件的輻射加熱方法。

國內有關熱噪聲復合環境試驗裝置的報道較少，國外已有的熱噪聲復合環境試驗設備，多采用行波管噪聲裝置模擬噪聲載荷，采用石英燈輻射加熱器模擬熱環境，石英燈加熱器和試驗件分別安裝在行波管試驗段相對的兩個側壁上。熱噪聲復合環境試驗中當采用石英燈加熱器作為加熱裝置存在加熱能力不足和加熱能力下降的問題，具體表現在：石英燈加熱器與試驗件的距離超過30cm，遠大于靜熱試驗中加熱器與試驗件的距離，導致石英燈加熱效率比靜熱試驗時降低70%以上，使得試驗件的加熱溫度一般低于1000℃；在強噪聲作用下，石英燈加熱器會發生燈壁破裂以及燈絲折斷等現象，導致加熱能力進一步降低，試驗件溫度無法保持恒定；此外，石英燈加熱器是高耗能設備，對試驗場地供電能力要求較高，導致試驗實施的難度較大。

針對高馬赫數飛行器結構對熱噪聲復合環境驗證試驗的需求，本發明提供了一種火焰加熱式熱噪聲復合環境模擬的試驗裝置，它解決了熱噪聲復合環境試驗中石英燈加熱能力不足和加熱能力下降的技術難題，可實現飛行器結構表面熱環境超過1000℃的熱噪聲復合環境的同時模擬，為飛行器結構熱噪聲復合環境下的結構可靠性評估提供了一種試驗考核手段。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種火焰加熱式熱噪聲復合環境試驗裝置，它解決在熱噪聲復合環境試驗中石英燈加熱器加熱能力不足和加熱能力下降的技術難題，為飛行器結構熱噪聲復合環境下的結構可靠性評估提供了一種考核手段。

本發明的一種火焰式熱噪聲復合環境試驗裝置，包含行波管噪聲裝置、噪聲測試系統和熱試驗裝置，用于對被試件進行熱噪聲復合環境試驗，其中，熱試驗裝置為火焰式加熱。

如上所述的火焰式熱噪聲復合環境試驗裝置，其中，使用甲烷和氧氣產生火焰。

如上所述的火焰式熱噪聲復合環境試驗裝置，其中，所述熱試驗裝置包含：燃氣儲存系統、火焰管路系統、火焰加熱槍、火焰控制系統、火焰監測器、火焰加熱槍安裝板、溫度測試系統；火焰加熱槍通過火焰加熱槍安裝板安裝在行波管側壁上，并伸入到行波管內部，針對火焰加熱槍，在上氣流方向和下氣流方向布置2個火焰監測器；在火焰控制系統的控制下，由燃氣儲存系統通過火焰管路系統向火焰加熱槍提供甲烷和氧氣氣體；所述的溫度測試系統包含溫度傳感器和信號調理器，測試被試件的溫度，并將測試信息輸出到火焰控制系統，用于控制火焰的大小。

如上所述的火焰式熱噪聲復合環境試驗裝置，其中，所述火焰式熱噪聲復合環境試驗裝置包含9個加熱槍，加熱槍采用3×3陣列進行排布，對試驗件進行加熱。

如上所述的火焰式熱噪聲復合環境試驗裝置，其中，所述的火焰管路系統分別包含9路甲烷管路和9路氧氣管路，每個加熱槍分別與單獨的甲烷管路和氧氣管路相連；所述的火焰控制系統，包含18路控制線路，每個線路獨立控制1路甲烷管路或者1路氧氣管路。

如上所述的火焰式熱噪聲復合環境試驗裝置，其中，所述溫度測試系統采用紅外點溫儀進行測試。

如上所述的火焰式熱噪聲復合環境試驗裝置，其中，所述火焰檢測器的前端包含防風罩，火焰檢測器對燃燒火焰進行連續檢測。

如上所述的火焰式熱噪聲復合環境試驗裝置，其中，在所述的行波管內側，在試驗段鋪有剛性防熱層。