大結構燒蝕材料熱試驗方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于飛行器結構熱強度試驗領域。
【背景技術】
[0002]在燒蝕材料熱試驗中，需要利用一定的加熱手段對燒蝕材料進行加熱，根據(jù)熱流密度傳感器的反饋值調控加熱量的大小，從而實現(xiàn)試驗要求的熱流密度環(huán)境。目前大結構燒蝕材料熱試驗主要在高溫結構風洞中進行，利用高溫空氣來加熱，但依靠氣體對流加熱的方式有很大的局限性，主要表現(xiàn)為:
[0003]I)高溫結構風洞需預先加熱空氣，由高溫空氣提供熱環(huán)境，此舉熱慣性大，無法模擬高速飛行器急劇變化的熱環(huán)境。
[0004]2)高溫結構風洞利用氣體加熱，溫區(qū)劃分困難，難以模擬多溫區(qū)熱環(huán)境，試驗控制精度差。
[0005]3)高溫結構風洞試驗成本高，且單次運行時間短，難以模擬高速飛行器全程熱環(huán)境，適用范圍窄。
[0006]常規(guī)熱試驗一般采用石英燈管作為加熱元件，利用高溫燈絲產(chǎn)生的熱輻射來加熱。由于燒蝕材料受熱時產(chǎn)生大量的煙塵，煙塵強烈影響著輻射加熱的效果，若依照常規(guī)熱試驗中先標定位置系數(shù)再等效試驗的方法，煙塵勢必嚴重影響熱流密度反饋的真實性，從而導致熱環(huán)境與理論值的偏差；此外當煙塵沉積在石英燈管表面時，石英玻璃的透明度降低，熱量在燈管壁面積聚，增加燈管爆裂的風險，由于燒蝕不可逆轉的特性，若試驗中燈管爆裂導致試驗中止即意味著試驗失敗。因此，常規(guī)熱試驗的方法不能直接用于燒蝕材料熱試驗。
【發(fā)明內容】
[0007]發(fā)明目的:提供一種大結構燒蝕材料熱試驗方法，成本低、適用性廣，并可保證熱環(huán)境模擬的精度。
[0008]技術方案:一種大結構燒蝕材料熱試驗方法，包括:
[0009]I)根據(jù)試件的外形將石英燈管排布成相似形狀的加熱裝置，保證周圈石英燈管到試件表面的距離相等，石英燈管的上下端金屬頭均采用金屬卡槽固定，以維持加熱裝置的外形和對石英燈管通電加熱；
[0010]2)根據(jù)熱流密度傳感器的形狀在試件表面開槽，將熱流密度傳感器嵌入試件表面，保證熱流密度傳感器的測量面與試件表面齊平；
[0011]3)將試件放置在加熱裝置中央位置，安裝時保證周圈的燈管到試件表面的距離相等，試件采用立式安裝，試件安裝完成后安裝排煙系統(tǒng)，排煙頭罩安裝在試件中心正上方；
[0012]4)試驗開始時，首先啟動排煙系統(tǒng)，排煙系統(tǒng)啟動后再對加熱裝置通電，對燒蝕材料試件進行加熱。
[0013]有益效果:
[0014]I)降低了燒蝕材料熱試驗成本和準備周期，拓展了燒蝕材料熱試驗環(huán)境模擬的范圍，可實現(xiàn)高速飛行器急劇變化的熱流環(huán)境模擬；
[0015]2)消除了燒蝕材料熱試驗中煙塵對輻射加熱的削弱而導致熱流密度反饋值失真，提高了燒蝕材料熱試驗環(huán)境模擬的精度；
[0016]3)強制抽排煙塵降低了煙塵在燈管壁面的沉積概率，使石英燈管在燒蝕材料熱試驗中使用更加可靠性，不會因為煙塵沉積而意外損壞。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明試驗原理圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述。
[0019]一種大結構燒蝕材料熱試驗方法，如圖1所示，包括:
[0020]I)根據(jù)試件的外形將石英燈管排布成相似形狀的加熱裝置，保證周圈石英燈管到試件表面的距離相等，石英燈管的上下端金屬頭均采用金屬卡槽固定，以維持加熱裝置的外形和對石英燈管通電加熱；
[0021]2)根據(jù)熱流密度傳感器的形狀在試件表面開槽，將熱流密度傳感器嵌入試件表面，保證熱流密度傳感器的測量面與試件表面齊平；
[0022]3)將試件放置在加熱裝置中央位置，安裝時保證周圈的燈管到試件表面的距離相等，試件采用立式安裝，試件安裝完成后安裝排煙系統(tǒng)，排煙頭罩安裝在試件中心正上方；
[0023]4)試驗開始時，首先啟動排煙系統(tǒng)，排煙系統(tǒng)啟動后再對加熱裝置通電，對燒蝕材料試件進行加熱。
[0024]實施例
[0025]以某件大結構燒蝕材料試件的熱試驗為例，本方法應按以下步驟實施:
[0026]I)將石英燈管排布成燒蝕材料試件外部形狀。石英燈管的上下端均由金屬卡槽固定，根據(jù)試驗具體情況決定卡槽是否通水冷卻；
[0027]2)將試驗控制用熱流密度傳感器嵌入試件表面，熱流計測量面與試件表面齊平。將試件放置于加熱裝置中央，注意調整試件表面到石英燈管的距離應該均等；
[0028]3)安裝排煙設施，為了便于煙塵被快速抽離石英燈管區(qū)域，排煙頭罩安裝于燒蝕材料試件中心正上方；
[0029]4)熱試驗開始時，首先啟動排煙系統(tǒng)，同時對石英燈管通電加熱。試驗控制系統(tǒng)根據(jù)熱流密度反饋值控制燈管加熱量。這樣燒蝕材料產(chǎn)生的煙塵被源源不斷地抽去，而熱流密度傳感器測量面與試件表面齊平，無論試件表面與燈管之間煙塵如何變化，實測的熱流密度反饋值總是與試件表面熱流密度一致，從而消除了煙塵影響導致的熱環(huán)境偏差。
[0030]利用輻射加熱進行燒蝕材料熱試驗的難點主要在于消除煙塵的影響，本方法通過改變熱流密度傳感器的布置方式和強制抽排煙塵的措施削弱煙塵的影響，以保證試驗熱環(huán)境模擬的精度和石英燈管使用的高可靠性。方法主要改進點有:
[0031]I)利用石英燈管作為加熱元件，以輻射加熱方式實現(xiàn)了燒蝕材料熱試驗的熱環(huán)境模擬；
[0032]2)采用嵌入式方式布置熱流密度傳感器，消除了煙塵對熱流密度反饋值的影響，避免了熱環(huán)境模擬的偏差；
[0033]3)增加排煙設施強制抽排煙塵，減小煙塵在石英燈管附近的停留時間，降低其在燈管壁面的沉積概率。
【主權項】
1.一種大結構燒蝕材料熱試驗方法，其特征在于，包括: 1)根據(jù)試件的外形將石英燈管排布成相似形狀的加熱裝置，保證周圈石英燈管到試件表面的距離相等，石英燈管的上下端金屬頭均采用金屬卡槽固定，以維持加熱裝置的外形和對石英燈管通電加熱； 2)根據(jù)熱流密度傳感器的形狀在試件表面開槽，將熱流密度傳感器嵌入試件表面，保證熱流密度傳感器的測量面與試件表面齊平； 3)將試件放置在加熱裝置中央位置，安裝時保證周圈的燈管到試件表面的距離相等，試件采用立式安裝，試件安裝完成后安裝排煙系統(tǒng)，排煙頭罩安裝在試件中心正上方； 4)試驗開始時，首先啟動排煙系統(tǒng)，排煙系統(tǒng)啟動后再對加熱裝置通電，對燒蝕材料試件進行加熱。
【專利摘要】本發(fā)明一種大結構燒蝕材料熱試驗方法，包括：1）根據(jù)試件的外形將石英燈管排布成相似形狀的加熱裝置，保證周圈石英燈管到試件表面的距離相等，石英燈管的上下端金屬頭均采用金屬卡槽固定，以維持加熱裝置的外形和對石英燈管通電加熱；2）根據(jù)熱流密度傳感器的形狀在試件表面開槽，將熱流密度傳感器嵌入試件表面，保證熱流密度傳感器的測量面與試件表面齊平；3）將試件放置在加熱裝置中央位置，安裝時保證周圈的燈管到試件表面的距離相等，試件采用立式安裝，試件安裝完成后安裝排煙系統(tǒng)，排煙頭罩安裝在試件中心正上方；4）試驗開始時，首先啟動排煙系統(tǒng)，排煙系統(tǒng)啟動后再對加熱裝置通電，對燒蝕材料試件進行加熱。
【IPC分類】G01N25-00
【公開號】CN104698024
【申請?zhí)枴緾N201310660572
【發(fā)明人】王振亞, 蔣軍亮, 叢琳華, 王孟孟, 王光周, 張佳斌, 李世平
【申請人】中國飛機強度研究所
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2013年12月6日