[發明專利]一種石英燈輻射加熱試驗熱損失標定方法及標定裝置

在審

• 申請號: 202110342021.1
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113155885A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 張婕;秦強;李永瑞;柴葳;劉紅耘
• 申請（專利權）人: 中國飛機強度研究所
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 王世磊

本發明屬于飛機結構熱強度試驗技術領域，特別涉及采用熱流密度控制方法進行熱試驗時的熱損失標定方法。本發明提出了石英燈輻射加熱試驗熱損失標定溫度控制方法、試驗安裝參數以及數據插值方法，從而建立石英燈輻射加熱試驗熱損失標定方法。本發明提供的熱損失標定方法規范、可靠，能夠有效獲取石英燈輻射加熱試驗熱損失值，滿足1000℃以上高溫熱強度試驗需求。

技術領域

本發明屬于飛機結構熱強度試驗技術領域，特別涉及采用熱流密度控制方法進行熱試驗時的熱損失標定方法。

背景技術

高超音速飛行器在大氣層中飛行時，氣動熱問題尤為嚴重。結構熱試驗基于能量一致的原則，通過在地面等效模擬飛行熱環境和氣動載荷而獲得結構熱響應，是研究高超聲速飛行器結構熱問題的必要手段。

采用石英燈輻射加熱模擬熱環境是目前最普遍采用的結構熱試驗方法。石英燈輻射加熱具有熱慣性小、短時超載能力強、加熱面積、溫度范圍的適應能力強、能夠保證結構自由變形等特性，能夠真實地復現氣動加熱的能量交換過程。石英燈輻射加熱通過傳感器實時采集試驗件表面吸收的熱流密度或者溫度數據，與給定值進行比較運算，調節石英燈兩端的電壓，實現加熱自動控制。

當采用石英燈輻射加熱模擬氣動熱時，為了提高加熱效率，通常對試驗件表面進行涂黑處理，以增加表面吸收輻射熱的能力。根據基爾霍夫定律，在熱平衡條件下，物體的吸收率和輻射率相等，故在增加吸收能力的同時也增加了對外輻射的能力，從而增加了試驗件的輻射熱損失。此外，在地面環境條件下結構表面與外界空氣之間會發生對流換熱，從而產生對流換熱損失。當采用熱流密度控制方法開展熱試驗時，為了保證試驗時加載到試驗件上熱流值的準確性，需要在控制方程中補償這兩項熱損失值，確保試驗件實際吸收熱流按照給定熱流曲線控制。

在當前技術條件下，由于通過理論計算很難獲取石英燈輻射加熱試驗過程中輻射熱損失和對流熱損失；因此，通常將這兩項熱損失統一視為在地面環境下結構表面由于升溫所引起的附加熱損失，通過熱損失標定試驗獲取熱損失值。

熱損失標定試驗精度與其他地面熱試驗類似，受諸多因素影響，如標定試驗控制方法、熱場模擬品質、安裝工藝等。隨著高速飛行器的不斷研制，促使結構熱試驗向更高水平、更高精度發展，而熱損失標定試驗作為基于熱流密度控熱試驗不可或缺的環節，必然向高精度、標準化、規范化方向前進。所以，建立一套完善規范的熱損失測定方法，對于結構熱試驗水平的提高具有重要的科學價值和應用背景。

發明內容

發明目的：提供一種規范標準的石英燈輻射加熱試驗熱損失標定方法，能夠有效獲取石英燈輻射加熱試驗的熱損失值。

本發明的技術方案：一方面，提供一種石英燈輻射加熱試驗熱損失標定方法，所述方法包括：

設計、加工標定試驗件；所述標定試驗件采用與正式試驗件外形和尺寸相同、表面狀況相似、發射率一致的金屬模擬件；標定試驗件表面進行涂黑處理；所述正式試驗件為飛機結構件；

根據正式試驗件在石英燈輻射加熱試驗中的熱載荷要求，確定熱損失標定溫度點；

根據正式試驗件在石英燈輻射加熱試驗中的溫區劃分要求，對應地將標定試驗件劃分多個溫區，在每個溫區外表面的中心區域布置熱電偶，以作為控溫熱電偶；

安裝標定試驗件，使標定試驗件的安裝狀態與正式試驗件在石英燈輻射加熱試驗中的安裝狀態一致；

安裝熱流計，使熱流計的安裝狀態與正式試驗件在石英燈輻射加熱試驗中熱流計的安裝狀態一致；

標定試驗：將石英燈、標定試驗件及熱流計所處的環境與周圍的環境進行隔熱處理；采用恒溫標定方法，利用石英燈將標定試驗件的加熱面緩慢升溫至標定溫度點后保溫，當標定試驗件背面溫度值達到穩態后，熱流計測試得到的熱流值即為該溫度點對應的熱損失值；按照恒溫標定方法進行相同的標定試驗至少3次，至少3次試驗的平均值即為該溫度點對應的最終熱損失值。