[發明專利]熱防護材料熱-力-氧-激光多場耦合地面測試系統

有效

• 申請號: 202011246388.5
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112378776B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 金華;張結艷;白光輝;張璐;尤延鋮
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/04;G01N25/00;G01N21/39
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 張莉瑜

本發明涉及一種熱防護材料熱?力?氧?激光多場耦合地面測試系統及方法，該系統包括：復雜氣氛反應腔、感應加熱子系統、力學加載子系統、多組分供氣子系統、真空抽氣子系統、大功率激光加載子系統、材料響應測試子系統、水冷子系統和集成控制子系統，本發明采用復雜氣氛反應腔、多組分供氣子系統及真空抽氣子系統為被測樣品提供可調節的環境氣氛，通過感應加熱子系統對被測樣品加載高溫，通過力學加載子系統對被測樣本加載單軸拉應力，通過大功率激光加載子系統提供高能的激光照射被測樣品，并利用材料響應測試子系統監測被測樣品的表面、背面溫度，被測樣品表面形貌變化和應力數據，能夠實現熱防護材料熱?力?氧?激光多場耦合的地面模擬測試。

技術領域

本發明涉及多場耦合地面模擬測試技術領域，尤其涉及一種熱防護材料熱-力-氧-激光多場耦合地面模擬測試系統及方法。

背景技術

高超聲速飛行器是指飛行速度大于馬赫數5以上的飛行器，近年來，一些國家的高超聲速飛行器已陸續試飛成功，成為空天攻防對抗中的潛在威脅。高超聲速飛行器的出現，大幅度提高了對防御系統預警能力、目標精確探測難度、對抗攔截的機動過載，以及對攔截彈高精度制導控制的要求，對傳統的防空體系造成極大挑戰。高能激光因其反應迅速、火力轉移快、攔截率高，且配置靈活的優勢，有望成為未來攔截高超聲速飛行器最有力的手段。

對于高超聲速飛行器而言，高速飛行時主要面臨氣動熱、氣動力以及復雜氣氛的惡劣環境，作為最外保護層的熱防護材料將遭受到高溫、氧化和力聯合加載的多物理場載荷。如果此時再受到高能激光的攔截打擊，將面臨熱-力-氧-激光多場耦合作用。為了研制可抗激光打擊的新一代高超聲速飛行器，需要熱防護材料通過這種熱-力-氧-激光多場耦合載荷的考核，在篩選飛行器熱防護材料、設計結構時，都需要在這種耦合實驗條件下對材料、結構的響應特征進行測試，從而獲得材料性能衰退、失效的準確結果。因此，不管是研究飛行器抗激光打擊能力，還是研制適用于抗激光武器攔截的新型熱防護材料，在地面開展模擬真實環境的熱-力-氧-激光多場耦合載荷測試是前提和基礎。

目前，現有技術中尚沒有一種能夠實現熱(溫度場)、力(力場)、氧(環境場)、激光(激光場)多載荷同時加載，且各載荷獨立調節和控制的模擬系統，這里涉及到高溫加載、應力加載、激光傳輸以及真空、密封、絕緣等諸多物理場的干涉和矛盾，常規的測試裝置難以滿足要求。

發明內容

本發明的目的是針對高超聲速飛行器遭受高能激光打擊時面臨的高溫、復雜氣氛、激光打擊以及氣動力聯合加載，提供一種能夠在地面模擬這種熱-力-氧-激光打擊多場耦合加載的測試系統及方法，以實現獲取熱防護材料在遭受到這種多場耦合加載時的溫度、力學特性響應，為表征材料性能衰減提供測試平臺和關鍵數據，同時也為抗激光打擊的熱防護材料提供評價與考核平臺。

為了實現上述目的，本發明提供了一種熱防護材料熱-力-氧-激光多場耦合地面測試系統，包括：

復雜氣氛反應腔、感應加熱子系統、力學加載子系統、多組分供氣子系統、真空抽氣子系統、大功率激光加載子系統、材料響應測試子系統、水冷子系統和集成控制子系統；

所述復雜氣氛反應腔包括反應腔體和樣品臺，所述反應腔體為中空圓柱結構，且設有帶觀察窗的取樣艙門，所述樣品臺開設有沿所述反應腔體的中軸線方向的縱向觀測通孔，所述樣品臺水平設置于所述反應腔體內部；

所述感應加熱子系統包括感應加熱裝置、加熱體和感應線圈，所述感應加熱裝置設于所述反應腔體外部，所述加熱體設于所述樣品臺上，且中心開設有縱向的通孔，所述感應線圈套設于所述加熱體，且所述感應線圈的兩個開放端均穿過設于所述反應腔體側壁的絕緣真空法蘭，與所述感應加熱裝置連接；