[發明專利]一種空天飛機測試中多梯度輻射熱流場模擬方法

有效

• 申請號: 202210631967.4
• 申請日: 2022-06-07
• 公開（公告）號: CN114705471B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 王彬文;王振亞;秦強;李世平
• 申請（專利權）人: 中國飛機強度研究所
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;B64F5/60;C03C17/245;G06F30/15;G06F30/28
• 代理公司: 北京棧橋知識產權代理事務所(普通合伙) 11670
• 代理人: 胡穎

本發明涉及飛機測試技術領域，具體是涉及一種空天飛機測試中多梯度輻射熱流場模擬方法，通過設計輻射式加熱裝置→劃分受熱表面的溫區n→劃分各個溫區n的投影區域n′→計算多梯度輻射熱流場設定參數→模擬多梯度輻射熱流場的步驟，使用一體投影板和模塊投影板兩種形式分別模擬非規則輪廓形狀的輻射熱流場以及規則輪廓形狀的輻射熱流場，進而在小于單個輻射加熱裝置的加熱范圍內模擬多梯度輻射熱流場，規避了現有技術使用多模塊加熱裝置模擬不同梯度加熱流場時出現的邊界控制誤差和時間協調性誤差。

技術領域

本發明涉及飛機測試技術領域，具體是涉及一種空天飛機測試中多梯度輻射熱流場模擬方法。

背景技術

航空航天飛行器進行高超聲速飛行時，其結構表面受到嚴酷的氣動加熱作用，對結構強度帶來了極大的挑戰，因此在地面進行熱強度試驗驗證是高速飛行器測試中不可或缺的環節。

輻射式加熱由于具有良好的電控性能，可以模擬高速飛行器快速時變的氣動熱環境，在地面熱強度試驗中得到了廣泛應用。目前使用的輻射熱加熱器有模塊化石英燈、模塊化石英燈組、模塊化石墨加熱器以及模塊化石墨加熱器組。

其中，模塊化石英燈組和模塊化石墨加熱器組能夠通過調節單個模塊化加熱器模擬多梯度輻射熱流場。但是，由不同模塊加熱器組合的加熱裝置存在下述問題：1）各個模塊加熱器連接邊界處熱流密度無法調控，會導致輻射熱流場出現邊界控制誤差；2）各個模塊加熱器需要控制器統一調節參數，出于實際工藝的限制，會出現時間協調性誤差。

不僅如此，對于單個模塊化加熱器（模塊化石英燈、模塊化石墨加熱器）而言，能模擬的熱流場最小面積有限且形狀固定，但隨著工藝升級，受輻射加熱元件尺寸減小，元件形狀多樣化，加熱裝置支撐骨架占用空間限制變大，現有的單個模塊化加熱器無法單獨實現模擬多梯度熱流場的試驗需求。

基于上述原因，現亟需開發一種能夠解決問題的多梯度輻射熱流場模擬方法。

發明內容

為了實現以上目的，本發明設計了一種空天飛機測試中多梯度輻射熱流場模擬方法，主要通過設置投影板的方式在小于單個輻射加熱裝置加熱范圍內實現多梯度輻射熱流場的模擬，進而首次在小面積測試構件上實現結構熱測試試驗，為后續空天飛機的測試提供理論數據支撐，主要方案內容如下：

本發明設計的一種空天飛機測試中多梯度輻射熱流場模擬方法，包括以下步驟：

S1、設計輻射式加熱裝置

確定與測試構件相適配的輻射式加熱裝置的設計要求；

S2、劃分受熱表面的溫區n

將測試構件的受熱表面依據需要施加的熱流密度的梯度要求劃分為兩個或兩個以上的溫區，并對每個所述溫區設定對應的溫區編號n，n∈N₊；

S3、劃分各個溫區n的投影區域n′

S3-1、在與受熱表面、輻射式加熱裝置的加熱面均平行，且與二者距離處處相等的平面上設置具有高溫透射涂層的投影板；

S3-2、將每個所述溫區n的輪廓形狀沿受熱表面的法線方向投射在投影板上，得到與每個所述溫區n對應的投影區域n′，n′∈N₊；

S4、計算多梯度輻射熱流場設定參數

S4-1、確定所述輻射式加熱裝置的總熱流密度Q′，通過下式計算實際施加在每個所述溫區n上的熱流密度Q_x；

Q′ × T′ × T_x = Q_x

式中，T′為投影板的透射率，T_x為高溫透射涂層的透射率；