[發(fā)明專利]一種非燒蝕熱防護(hù)材料/結(jié)構(gòu)的電弧風(fēng)洞試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711129715.7
• 申請(qǐng)日: 2017-11-15
• 公開（公告）號(hào): CN108332934B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋月娥;陳曉娜;李晶;馬寅魏;曹杰;張帆;王洋;陳凱;陳智銘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京空天技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01M9/04
• 分類號(hào): G01M9/04;G01M9/06
• 代理公司: 北京五洲洋和知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成

本發(fā)明公開一種非燒蝕熱防護(hù)材料/結(jié)構(gòu)的電弧風(fēng)洞試驗(yàn)考核方法，包括：開展試驗(yàn)狀態(tài)調(diào)試；計(jì)算調(diào)試得到的來流狀態(tài)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)件表面的目標(biāo)溫度；開展正式試驗(yàn)；根據(jù)正式試驗(yàn)過程中試驗(yàn)件表面溫度的測(cè)溫結(jié)果調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在試驗(yàn)過程中對(duì)來流狀態(tài)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和精確控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱防護(hù)材料/結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種非燒蝕熱防護(hù)材料/結(jié)構(gòu)的電弧風(fēng)洞試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

高超聲速飛行器熱防護(hù)材料/結(jié)構(gòu)需要開展地面電弧風(fēng)洞試驗(yàn)，考核材料/結(jié)構(gòu)的耐高溫、抗燒蝕性能。利用如圖1所示的電弧風(fēng)洞試驗(yàn)裝置進(jìn)行電弧風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)，氣流經(jīng)電弧加熱流入混合室，在混合室與冷氣進(jìn)行摻混，經(jīng)特定噴管后，以高溫、高速進(jìn)入試驗(yàn)段，對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行沖刷，并經(jīng)后端管路(擴(kuò)壓器、冷卻器等)進(jìn)入真空系統(tǒng)，再由真空泵抽出排入大氣。

如圖2所示，現(xiàn)有的電弧風(fēng)洞試驗(yàn)方法為：正式試驗(yàn)前，先采用校測(cè)模型(與真實(shí)模型外形一致，但設(shè)計(jì)有試驗(yàn)狀態(tài)測(cè)量裝置)進(jìn)行調(diào)試，至試驗(yàn)狀態(tài)(焓值H、熱流q、混合室壓力P_混或物面壓力P_物)滿足設(shè)計(jì)要求，然后記錄設(shè)備運(yùn)行參數(shù)(電流I、電壓U、熱氣流量m_熱、冷氣流量m_冷)。正式試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)調(diào)試得到設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，至試驗(yàn)結(jié)束后，分析試驗(yàn)結(jié)果。

但是由于電弧風(fēng)洞試驗(yàn)試驗(yàn)過程中，電極長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)燒蝕，引起來流狀態(tài)波動(dòng)，同一車次來流焓值的波動(dòng)約5％，不同車次間焓值波動(dòng)范圍約10％，在中低焓值時(shí)，該波動(dòng)會(huì)引起試驗(yàn)件表面溫度差異約200℃，高焓狀態(tài)時(shí)，上述焓值差異對(duì)溫度影響更大。此外，為保證噴管能夠長(zhǎng)時(shí)耐受高溫氣流的作用，需要設(shè)計(jì)水冷系統(tǒng)，對(duì)噴管進(jìn)行水冷，而水冷系統(tǒng)在對(duì)噴管進(jìn)行冷卻的同時(shí)，也會(huì)帶走靠近噴管壁面高溫氣體的能量，造成來流狀態(tài)降低。而電極燒蝕引起試驗(yàn)狀態(tài)的波動(dòng)及噴管冷卻對(duì)來流狀態(tài)的影響，受試驗(yàn)狀態(tài)、電極使用狀態(tài)、冷卻水流量、溫度等多因素影響，目前缺乏有效手段，無法在試驗(yàn)前給出試驗(yàn)狀態(tài)的偏差。

因此，需要提供一種非燒蝕熱防護(hù)材料/結(jié)構(gòu)的電弧風(fēng)洞試驗(yàn)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種非燒蝕熱防護(hù)材料/結(jié)構(gòu)的電弧風(fēng)洞試驗(yàn)方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種非燒蝕熱防護(hù)材料/結(jié)構(gòu)的電弧風(fēng)洞試驗(yàn)考核方法，包括如下步驟：

開展試驗(yàn)狀態(tài)調(diào)試：根據(jù)設(shè)計(jì)狀態(tài)，預(yù)估設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，包括電流I、電壓U、熱氣流量m_熱和冷氣流量m_冷；將非燒蝕熱防護(hù)材料/結(jié)構(gòu)作為試驗(yàn)件，采用與試驗(yàn)件尺寸一致但帶有熱流和壓力測(cè)量裝置的物理模型對(duì)預(yù)估設(shè)備運(yùn)行條件下的來流狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，記錄調(diào)試得到的來流狀態(tài)并記錄對(duì)應(yīng)的設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)；

計(jì)算調(diào)試得到的來流狀態(tài)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)件表面的目標(biāo)溫度：采用試驗(yàn)件的物理模型及物性參數(shù)，計(jì)算滿足設(shè)計(jì)狀態(tài)要求的調(diào)試得到的來流狀態(tài)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)溫度T_目及調(diào)試過程中不同的設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)對(duì)應(yīng)的物面溫度T_物，分析設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)的變化對(duì)試驗(yàn)件表面溫度的影響；

開展正式試驗(yàn)：采用正式的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，根?jù)設(shè)計(jì)要求的試驗(yàn)時(shí)間，以開展試驗(yàn)狀態(tài)調(diào)試記錄的設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)開展試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中對(duì)試驗(yàn)件表面溫度進(jìn)行測(cè)量；

根據(jù)正式試驗(yàn)過程中試驗(yàn)件表面溫度的測(cè)溫結(jié)果調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)：對(duì)比試驗(yàn)過程中測(cè)量得到的試驗(yàn)件表面溫度T_測(cè)與計(jì)算得到的試驗(yàn)件表面的目標(biāo)溫度T_目，當(dāng)兩者之間的偏差值不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)直至滿足設(shè)計(jì)要求。

優(yōu)選地，步驟開展試驗(yàn)狀態(tài)調(diào)試中對(duì)預(yù)估設(shè)備運(yùn)行條件下的來流狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量對(duì)象包括：焓值H、熱流q和混合室壓力P_混，或焓值H、熱流q和物面壓力P_物。