[發(fā)明專利]一種高速導彈外熱流模擬裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610087526.7
• 申請日: 2016-02-16
• 公開（公告）號: CN105737691A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設計）人: 楊祺;張文瑞;張學林;于錕錕;劉寧;汪洋;陳正剛
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: F42B35/00
• 分類號: F42B35/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;李愛英

技術領域

本發(fā)明涉及一種熱流模擬裝置，特別涉及一種高速導彈外熱流模擬裝置。

背景技術

導彈以高超聲速在大氣層中飛行時，空氣受到強烈的壓縮和摩擦作用，大部分動能轉(zhuǎn)化為熱能，導致周圍的空氣溫度急劇升高，而且熱能迅速向飛行器表面?zhèn)鬟f。在飛行高度為10km，飛行速度4馬赫的情況下，彈體頭部駐點的溫度將達到930K左右。

對于高超聲速飛行器的研究和設計來說，其熱防護問題一直是高超聲速飛行器研制的關鍵技術。為實現(xiàn)高超聲速飛行器的熱防護設計，需要對其加熱特性進行研究和考核。同時，為了研究熱防護過程中的換熱規(guī)律，希望獲得模擬實際情況的加熱熱流條件。因此，研究設計一種能在短時間內(nèi)迅速升溫并且相對穩(wěn)定的加熱方式成為高超聲速飛行器熱防護設計過程中試驗環(huán)節(jié)的關鍵問題。

飛行器的氣動加熱是一個瞬態(tài)過程，試驗室模擬這個過程的目的是重現(xiàn)結(jié)構(gòu)真實的溫度分布，用于考察熱響應特性。氣動熱模擬的試驗方法一般有“非對流方法”和“對流方法”兩類。

對流方法以風動試驗為代表，但是在高速高溫條件下的模擬試驗成本極高，單次試驗費用至少為幾十萬元人民幣，多則需要數(shù)百萬元以上。而最常見的以石英加熱器為基礎的紅外輻射氣動熱模擬試驗技術其單次試驗費用也在萬元以上，對于需要頻繁進行試驗的項目來說，仍然是一筆很大的開支。

感應加熱源自于法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應現(xiàn)象，就是交變的磁場會使導體中產(chǎn)生感應電流，從而令導體發(fā)熱。高頻感應加熱，其原理是利用其發(fā)出高周波的大電流流向被繞制成方形的加熱感應線圈。由高周波感應線圈內(nèi)發(fā)生極性瞬間變化的強大磁束，將加熱塊金屬放置在高頻線圈正上方，磁束就會貫通整個被加熱的金屬物體。感應加熱物體的內(nèi)部與高頻機感應加熱電流相反的方向，發(fā)生相對應的強大渦電流。因為感應加熱的加熱塊內(nèi)存在電阻，因此發(fā)生強的焦耳熱能，使感應加熱塊溫度迅速上升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一種能夠模擬高超聲速導彈外表面溫度邊界條件，為進行飛行速度更快的高超聲速導彈氣動熱模擬試驗提供試驗條件和試驗手段的高速導彈外熱流模擬裝置。

本發(fā)明的技術方案是：一種高速導彈外熱流模擬裝置，它包括：高頻加熱裝置、感應線圈、加熱塊、云母片、鎧裝鉑電阻、溫度控制器以及隔熱材料；

高頻加熱裝置與感應線圈連接，感應線圈位于加熱塊的正下方，其間設有保證加熱塊與感應線圈絕緣的云母片；加熱塊上安裝有高速導彈熱防護試驗件，高速導彈熱防護試驗件與加熱塊之間設有隔熱材料；加熱塊上均勻的布置有用于測量加熱塊溫度的鎧裝鉑電阻，溫度控制器連接鎧裝鉑電阻以及高頻加熱裝置；

當高頻加熱裝置向感應線圈提供感應電流時，感應線圈產(chǎn)生磁束，使加熱塊產(chǎn)生渦流被加熱，加熱塊上表面溫度即為需要模擬的高速導彈熱外壁面溫度；溫度控制器采集由鎧裝鉑電阻測量的加熱塊上表面的溫度信息，并進行邏輯判斷，當采集到的任一點溫度高于設定的閾值上限時，溫度控制器調(diào)低高頻加熱裝置的工作頻率，使任一采集點的溫度均保持在設定的閾值范圍內(nèi)；當采集到的任一點溫度低于設定的閾值下限時，溫度控制器調(diào)高高頻加熱裝置的工作頻率，使任一采集點的溫度均保持在設定的閾值范圍內(nèi)；從而完成裝置的溫度控制功能，并保證加熱塊上溫度的均勻性。

有益效果：(1)本發(fā)明能準確的模擬高速導彈外壁面的溫度邊界條件，升溫速度快，滿足實際使用中對高速導彈熱防護試驗件的溫度要求，具有重要的軍事工程應用價值。

(2)本發(fā)明的加熱塊上方均勻布設了鎧裝熱電偶，通過溫度傳感器進行控溫，保證被加熱物體的溫度均勻性好。

(3)本發(fā)明的模擬裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。且體積較小，便于移動，為實現(xiàn)試驗件高低溫及振動等耦合試驗條件提供了有效的試驗手段。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的組成示意圖；

圖2為高速導彈熱防護試驗件在加熱塊上的安裝俯視圖；

圖3為圖2A-A截面示意圖；

圖4為感應線圈盤繞方式示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

參見附圖，一種高速導彈外熱流模擬裝置，它包括：高頻加熱裝置1、感應線圈2、加熱塊3、云母片4、鎧裝鉑電阻5、溫度控制器6以及隔熱材料8；