基于行波管的热噪声试验系统加热窗口的制作方法

本发明属于航天器动力学试验技术领域，具体涉及一种热噪声试验中的试验部件。

背景技术：

高超声速飞行器面临着极端苛刻的气动加热噪声、力裁荷等复合飞行环境。高声强噪声环境下，由于出现快速的交变作用应力，结构会发生疲劳裂纹的萌发、扩展直至失效。国内飞机结构设计规定，当噪声声压级超过140dB时，必须进行声疲劳验证试验。当声压级超过180dB时，结构会发生迅速破坏，引发飞行事故。极端的表面温度、高温度梯度、高噪声脉动压力以及长时问巡航是高超声速飞行器飞行环境的显著特点，高温环境对结构材料性能、结构动力学特性、自动控制等都产生了严重影响。因此为快速有效地考核飞行器结构在热噪声环境中的完整性和耐久性，必须深入开展热噪声试验。

若要开展热噪声试验，首先要有合适的试验设备，既要满足声场的需求又要满足温度场的需求。国外的热噪声设备多采用行波管装置，加热方式最常用的为火焰加热和石英灯组加热两种，相比之下，石英灯组加热方式的控制精度要高于火焰加热方式，并且随着技术的进步辐射热流也越来越高，因此采用石英灯辐射加热越来越被认可。

采用石英灯辐射加热就需要有相应的辐射窗口，该辐射窗口一方面要对行波管起到密封的作用，在增强管内的噪声量级的同时对辐射灯组进行隔声保护，避免石英灯组承受过高的声压量级产生破坏；另一方面该辐射窗口要将辐射源的热能量最大限度的传递到行波管内部，并且本身少吸收热量。这就要求该辐射窗口既要有很好的热通过率，又要有抗振以及抗高温能力，在热与噪声的综合作用下能稳定的将热量传递到试件。目前随着航天器飞行速度的增加，产品所经受的工作环境越来越严酷，这也对热噪声试验提出了更高的要求，试验温度更高、噪声量级更高，产品尺寸更大。温度越高产品尺寸越大，辐射窗口吸收的热量就越多，其抗温性能就要越好；噪声量级越高产品尺寸越大，辐射窗口承受的动载荷也就越大，其抗振性能就要越好。常规的金属材料能满足抗振能力需求但当温度高于1000摄氏度时多数金属材料力学性能将会发生改变，常规的耐高温材料能满足抗温需求但抗振能力又比较差，然而产品尺寸的加大又同时加剧了辐射窗口对抗振、抗高温能力的要求。因此，为满足日益苛刻的试验任务需求，迫切需要进行特殊的结构设计，提供一种能耐高温、耐高声强，能进行大尺寸试件试验的热噪声试验设备辐射窗口。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供本一种用于热噪声试验的行波管试验段加热窗口，通过该窗口，能够对内部试验件进行辐照加热，并且在加热的过程中进行噪声试验，保证试验设备的性能稳定。

本发明通过如下技术方案实现：

用于热噪声试验的行波管试验段加热窗口，包括玻璃、玻璃上压框、直角Z形的玻璃下压框，其中，玻璃下压框的直角Z形前端固定搭接在行波管管壁上，Z形前端延伸出行波管管壁的部分上固定设置玻璃上压框，两者之间形成空间部分，用于容纳玻璃，玻璃上压框中预埋冷却管道，玻璃上下压框与玻璃之间的接触部分加装防漏隔热材料，玻璃容纳在上述空间部分中的左侧面与下压框之间安装弹簧用来消除热变形引起的应力。

其中，玻璃是对红外线具有良好透光率的玻璃，例如石英玻璃。

其中，行波管管壁与直角Z形前端内侧面形成有间隙。

其中，间隙大小小于1mm。

其中，玻璃上下压框采用耐高温合金制成。

其中，玻璃下压框的直角Z形后端内侧面在除安装弹簧面以外的3个面与玻璃侧面形成间隙，间隙大小为隔热材料厚度，一般为2mm-3mm。

本发明建立了一种用于热噪声试验的行波管试验段加热窗口，实现了基于行波管进行热噪声试验的可能。该窗口既能通过外部辐射的方式对内部试件加热，又能承受高声强声场环境。

附图说明

图1是本发明的用于热噪声试验的行波管试验段加热窗口沿气流入口方向(左测面)的安装结构示意图。

图2是本发明的用于热噪声试验的行波管试验段加热窗口沿其他三个边(非气流入口方向上)的安装截面图。

其中，1、上压框；2、下压框；3、玻璃；4、隔热材料；5、行波管管壁；6、水冷却管；7、间隙1；8、弹簧；9、间隙2。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，这些说明仅仅是示例性的，并不旨在对本发明进行任何限制。

参见图1，图1为本发明的用于热噪声试验的行波管试验段加热窗口沿气流入口方向(左侧面)的安装结构示意图。其中，本发明的加热窗口包括玻璃3、玻璃上压框1、直角Z形的玻璃下压框2，上下压框采用耐高温合金钢制成，其中，玻璃下压框2的直角Z形前端固定搭接在行波管管壁5上，Z形前端延伸出行波管管壁5的部分上固定设置玻璃上压框1，两者之间形成空间部分，用于容纳红外线透光较好的玻璃材料作为辐射加热窗口的玻璃3，玻璃上压框1中预埋水冷却管6，通过换热的方式进一步降低结构的工作温度。玻璃上下压框1，2与玻璃3之间的接触部分加装防漏隔热材料4，玻璃3容纳在上述空间部分中的左侧面与下压框2之间安装弹簧8用来消除热变形引起的应力，行波管管壁与直角Z形前端内侧面形成有间隙7。

在本发明的实施方式中，玻璃上下表面及侧面与上、下压框的接触面处均安装隔热材料。一方面避免刚性接触对玻璃产生损坏，另一方面可以保证在较高的温度下具有较好的密封性能。其中玻璃在行波管气流入口方向的侧面加装弹簧装置，用以消除高温下产品热变形所产生的应力。

在图2所示的用于热噪声试验的行波管试验段加热窗口沿其他三个边(非气流入口方向上)的安装截面图中，非气流入口方向上，玻璃下压框的直角Z形后端内侧面与玻璃侧面形成间隙，间隙大小为2mm-3mm。行波管管壁与直角Z形前端内侧面也形成有间隙，两个间隙也可以相同大小。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。