大结构烧蚀材料热试验方法
【技术领域】
[0001]本发明属于飞行器结构热强度试验领域。
【背景技术】
[0002]在烧蚀材料热试验中，需要利用一定的加热手段对烧蚀材料进行加热，根据热流密度传感器的反馈值调控加热量的大小，从而实现试验要求的热流密度环境。目前大结构烧蚀材料热试验主要在高温结构风洞中进行，利用高温空气来加热，但依靠气体对流加热的方式有很大的局限性，主要表现为:
[0003]I)高温结构风洞需预先加热空气，由高温空气提供热环境，此举热惯性大，无法模拟高速飞行器急剧变化的热环境。
[0004]2)高温结构风洞利用气体加热，温区划分困难，难以模拟多温区热环境，试验控制精度差。
[0005]3)高温结构风洞试验成本高，且单次运行时间短，难以模拟高速飞行器全程热环境，适用范围窄。
[0006]常规热试验一般采用石英灯管作为加热元件，利用高温灯丝产生的热辐射来加热。由于烧蚀材料受热时产生大量的烟尘，烟尘强烈影响着辐射加热的效果，若依照常规热试验中先标定位置系数再等效试验的方法，烟尘势必严重影响热流密度反馈的真实性，从而导致热环境与理论值的偏差；此外当烟尘沉积在石英灯管表面时，石英玻璃的透明度降低，热量在灯管壁面积聚，增加灯管爆裂的风险，由于烧蚀不可逆转的特性，若试验中灯管爆裂导致试验中止即意味着试验失败。因此，常规热试验的方法不能直接用于烧蚀材料热试验。
【发明内容】
[0007]发明目的:提供一种大结构烧蚀材料热试验方法，成本低、适用性广，并可保证热环境模拟的精度。
[0008]技术方案:一种大结构烧蚀材料热试验方法，包括:
[0009]I)根据试件的外形将石英灯管排布成相似形状的加热装置，保证周圈石英灯管到试件表面的距离相等，石英灯管的上下端金属头均采用金属卡槽固定，以维持加热装置的外形和对石英灯管通电加热；
[0010]2)根据热流密度传感器的形状在试件表面开槽，将热流密度传感器嵌入试件表面，保证热流密度传感器的测量面与试件表面齐平；
[0011]3)将试件放置在加热装置中央位置，安装时保证周圈的灯管到试件表面的距离相等，试件采用立式安装，试件安装完成后安装排烟系统，排烟头罩安装在试件中心正上方；
[0012]4)试验开始时，首先启动排烟系统，排烟系统启动后再对加热装置通电，对烧蚀材料试件进行加热。
[0013]有益效果:
[0014]I)降低了烧蚀材料热试验成本和准备周期，拓展了烧蚀材料热试验环境模拟的范围，可实现高速飞行器急剧变化的热流环境模拟；
[0015]2)消除了烧蚀材料热试验中烟尘对辐射加热的削弱而导致热流密度反馈值失真，提高了烧蚀材料热试验环境模拟的精度；
[0016]3)强制抽排烟尘降低了烟尘在灯管壁面的沉积概率，使石英灯管在烧蚀材料热试验中使用更加可靠性，不会因为烟尘沉积而意外损坏。
【附图说明】
[0017]图1为本发明试验原理图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
[0019]一种大结构烧蚀材料热试验方法，如图1所示，包括:
[0020]I)根据试件的外形将石英灯管排布成相似形状的加热装置，保证周圈石英灯管到试件表面的距离相等，石英灯管的上下端金属头均采用金属卡槽固定，以维持加热装置的外形和对石英灯管通电加热；
[0021]2)根据热流密度传感器的形状在试件表面开槽，将热流密度传感器嵌入试件表面，保证热流密度传感器的测量面与试件表面齐平；
[0022]3)将试件放置在加热装置中央位置，安装时保证周圈的灯管到试件表面的距离相等，试件采用立式安装，试件安装完成后安装排烟系统，排烟头罩安装在试件中心正上方；
[0023]4)试验开始时，首先启动排烟系统，排烟系统启动后再对加热装置通电，对烧蚀材料试件进行加热。
[0024]实施例
[0025]以某件大结构烧蚀材料试件的热试验为例，本方法应按以下步骤实施:
[0026]I)将石英灯管排布成烧蚀材料试件外部形状。石英灯管的上下端均由金属卡槽固定，根据试验具体情况决定卡槽是否通水冷却；
[0027]2)将试验控制用热流密度传感器嵌入试件表面，热流计测量面与试件表面齐平。将试件放置于加热装置中央，注意调整试件表面到石英灯管的距离应该均等；
[0028]3)安装排烟设施，为了便于烟尘被快速抽离石英灯管区域，排烟头罩安装于烧蚀材料试件中心正上方；
[0029]4)热试验开始时，首先启动排烟系统，同时对石英灯管通电加热。试验控制系统根据热流密度反馈值控制灯管加热量。这样烧蚀材料产生的烟尘被源源不断地抽去，而热流密度传感器测量面与试件表面齐平，无论试件表面与灯管之间烟尘如何变化，实测的热流密度反馈值总是与试件表面热流密度一致，从而消除了烟尘影响导致的热环境偏差。
[0030]利用辐射加热进行烧蚀材料热试验的难点主要在于消除烟尘的影响，本方法通过改变热流密度传感器的布置方式和强制抽排烟尘的措施削弱烟尘的影响，以保证试验热环境模拟的精度和石英灯管使用的高可靠性。方法主要改进点有:
[0031]I)利用石英灯管作为加热元件，以辐射加热方式实现了烧蚀材料热试验的热环境模拟；
[0032]2)采用嵌入式方式布置热流密度传感器，消除了烟尘对热流密度反馈值的影响，避免了热环境模拟的偏差；
[0033]3)增加排烟设施强制抽排烟尘，减小烟尘在石英灯管附近的停留时间，降低其在灯管壁面的沉积概率。
【主权项】
1.一种大结构烧蚀材料热试验方法，其特征在于，包括: 1)根据试件的外形将石英灯管排布成相似形状的加热装置，保证周圈石英灯管到试件表面的距离相等，石英灯管的上下端金属头均采用金属卡槽固定，以维持加热装置的外形和对石英灯管通电加热； 2)根据热流密度传感器的形状在试件表面开槽，将热流密度传感器嵌入试件表面，保证热流密度传感器的测量面与试件表面齐平； 3)将试件放置在加热装置中央位置，安装时保证周圈的灯管到试件表面的距离相等，试件采用立式安装，试件安装完成后安装排烟系统，排烟头罩安装在试件中心正上方； 4)试验开始时，首先启动排烟系统，排烟系统启动后再对加热装置通电，对烧蚀材料试件进行加热。
【专利摘要】本发明一种大结构烧蚀材料热试验方法，包括：1）根据试件的外形将石英灯管排布成相似形状的加热装置，保证周圈石英灯管到试件表面的距离相等，石英灯管的上下端金属头均采用金属卡槽固定，以维持加热装置的外形和对石英灯管通电加热；2）根据热流密度传感器的形状在试件表面开槽，将热流密度传感器嵌入试件表面，保证热流密度传感器的测量面与试件表面齐平；3）将试件放置在加热装置中央位置，安装时保证周圈的灯管到试件表面的距离相等，试件采用立式安装，试件安装完成后安装排烟系统，排烟头罩安装在试件中心正上方；4）试验开始时，首先启动排烟系统，排烟系统启动后再对加热装置通电，对烧蚀材料试件进行加热。
【IPC分类】G01N25-00
【公开号】CN104698024
【申请号】CN201310660572
【发明人】王振亚, 蒋军亮, 丛琳华, 王孟孟, 王光周, 张佳斌, 李世平
【申请人】中国飞机强度研究所
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月6日