[發明專利]一種熱模擬試驗控制方法

有效

• 申請號: 201711258050.X
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN109883660B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 蘇力德;張佳斌;鄭瑤;焦麗娟;賈二院
• 申請（專利權）人: 中國飛機強度研究所
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01N25/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

一種熱模擬試驗控制方法,本發明屬于航空航天飛行器環境模擬技術領域。針對熱模擬試驗中溫度或熱流密度載荷譜與真實熱載荷存在誤差的問題，本發明提出一種熱模擬試驗控制方法：全方程熱流密度控制，即通過測量試驗件的表面溫度實時核算出來熱流密度命令值，將其與測得的試驗件表面真實熱流進行比較，計算機將相應的誤差信號輸出到功率控制器，進行熱試驗控制。本發明將氣動加熱與結構熱響應的耦合效應和高溫熱力學參數隨溫度的變化對熱流密度命令值的影響計入到了計算當中，更加真實的模擬了試驗件的瞬態受熱情況。

技術領域

本發明涉及航空航天飛行器環境模擬技術領域，特別是用于高速飛行器瞬態地面熱模擬試驗控制方法。

背景技術

隨著高速飛行器速度的不斷提高，在超聲速飛行時出現的“熱障”問題變得越來越突出，嚴重的氣動加熱所產生的高溫會降低材料的強度極限和飛行器結構的承載能力，使結構產生熱變形，破壞部件的氣動外形并影響飛行器的安全飛行。為保證高速飛行器的安全，確認飛行器的材料和結構是否能經得起高速飛行時所產生的熱沖擊及高溫熱應力破壞，須建立高速飛行器瞬態地面熱模擬試驗系統，模擬飛行器材料和結構在高速飛行時的真實受熱狀況，對高速飛行器熱強度進行驗證試驗。

對飛行器材料和結構在高速飛行時的受熱狀況的模擬是否真實，主要取決于試驗中所控制的物理量及控制方法。熱模擬試驗常用的控制方法有兩種：溫度控制和熱流密度控制，這兩種方法的共同點是需要預先給定溫度或熱流密度的控制曲線，而溫度或熱流密度控制曲線一般是根據氣動加熱參數和結構件簡單的一維熱分析模型計算得到的，無法考慮氣動加熱與結構熱響應的耦合效應，此外，由于缺乏某些材料的高溫熱力學參數，使計算得到的溫度或熱流密度載荷譜與結構表面所承受的真實熱載荷有比較大的差別。

本發明為一種新的熱模擬試驗控制方法，即全方程熱流密度控制。所謂全方程熱流密度控制即試驗過程中熱流密度命令值不是在試驗開始前提前輸入的，而是通過測量試驗件的表面溫度實時核算出來的，它是針對飛行器飛行狀態實時模擬的一種控制方法。該控制方法可以彌補前兩種控制方法的不足，可以模擬氣動加熱與結構熱響應的耦合效應，以及材料的高溫熱力學參數隨溫度的變化。

發明內容

本發明的目的是提供一種熱模擬試驗控制方法，精確實現高速飛行器瞬態地面熱模擬，使試驗模擬更加準確，以達到真實模擬試驗件(飛行器)受熱情況的目的。

本發明的技術方案是：將試驗委托方提供的飛行器軌道參數和相關的空氣動力加熱數據預先輸入計算機，試驗時用熱電偶(溫度傳感器)測出試驗件表面溫度，并將此數據傳給計算機，計算機就對任何瞬間按熱流密度控制方程進行運算，得到該瞬間試驗件表面應該達到的加熱熱流密度，即熱流密度命令值。將此熱流密度命令值與熱流密度計所測得的試驗件表面真實熱流進行比較，如有差異，則計算機將相應的電信號(誤差信號)輸出到功率控制器中，進而改變輻射式加熱器當中的石英燈的電壓，從而進行熱試驗控制。

與現有技術相比，本發明在地面模擬試驗中，將氣動加熱與結構熱響應的耦合效應對熱流密度命令值的影響、高溫熱力學參數隨溫度的變化對熱流密度命令值的影響計入到了計算當中，全方程熱流密度控制方法針對飛行器飛行狀態實時模擬的一種控制方法，因此更加真實的模擬了試驗件的瞬態受熱情況。

附圖說明

圖1為本發明全方程熱流密度控制方法框圖；

具體實施方式

下面通過實施例對本發明做進一步的說明：

一種熱模擬試驗控制方法針對某飛行器結構件進行全方程熱流密度控制，其具體步驟為：