结构热试验中的加载技术

结构热试验是为了解决飞行器在高速飞行时出现的“热障”问题而发展起来的地面模拟试验技术，通过模拟飞行器在飞行中的热环境和气动载荷来检验其对飞行器结构的影响。针对结构热试验中的几种加载方式进行了探讨，并在头锥热载联合试验及仪器舱热在联合试验中进行应用。     

红外头罩气动光学试验

为了探索红外头罩受到气动加热时导引头成像系统对目标识别影响精度,在电弧加热地面模拟试验设备上,针对"热"与"透"的联合模拟,研制了直通及三通两种试验方案,在一定的热环境参数下对几种红外头罩材料进行了试验研究,取得了相应的光学传输测试试验结果。其中"三通"试验方案因为具有更大的适应性和便易性而成为首选方案。     

气动加热／热响应耦合分析与试验研究

概述了气动加热与热响应耦合分析技术的国内外研究进展，给出M．《6飞行器零压力梯度部位气动加热与热响应的耦合分析及试验验证方法。气动加热采用工程算法，在自主开发结构温度场计算软件ASTSA基础上，加入气动加热计算模块，实现了气动加热／热响应耦合分析功能。利用全方程热流密度控制技术，完成了气动加热／热响应耦合地面热模拟试验，实现了对耦合分析结果的试验验证。依据上述分析利试验方法，对受气动加热载荷作用的某导弹油箱的温度场进行了入数值计算和试验测试，计算结果与试验结果吻合较好，说明分析方法是正确的，可以用于工程实际。     

弹片热机械疲劳试验方法研究及设计

针对弹片的热机械疲劳（TMF）试验要求，采用机械设计技术、机电技术、冷却技术、计算机技术和数据采集技术，提出了压力载荷和热载荷的加载方法，建立了2种载荷5个试验件的并联试验控制系统，并设计了弹片热机械疲劳试验器。试验结果表明:该系统能够同时模拟服役环境下弹片的压力载荷和热载荷。利用该试验系统进行了弹片的热机械疲劳试验，试验结果再现了弹片在服役状态下的失效模式。试验系统具有良好的重复度、较高的加载频率和加载精度。压力载荷最大相对误差为2.4%，绝对误差小于0.5N。温度载荷最大相对误差为3.55%，最大绝对误差为3.89℃。      

基于石墨的宽温度区间快时变热载荷模拟方法

针对高超声速飞机结构试验中大范围快速升/降温加载难题,提出了一种基于石墨的宽温度区间快时变热载荷模拟方法。首先,形成了一种基于平板式石墨加热元件的超高温环境设计流程,提出了考虑加热环境的加热元件厚度设计与强度校核方法;其次,针对快时变热载荷模拟需求,提出了基于加热元件与试验件解耦的快速升温方法,分析了封闭环境中强迫对流换热降温效率;最后,基于前述方法研制了大范围快时变热载荷模拟试验系统,并针对炭气凝胶试验件开展了超高温快速升/降温试验验证。研究表明,试验件表面温度响应与设计要求基本一致,无明显的温度变化滞后与变化缓慢现象。针对碳基材料平板试验件,试验系统可实现500～1 800℃范围内的可控多次快速升温与快速降温,升/降温速率可达到10℃/s,为高超声速飞机结构热试验提供了技术条件。     

热环境下结构固有振动特性试验及分析

高超声速飞行器在气动热环境中,其固有频率和振型会受温度升高的影响而发生变化,从而其颤振特性也要发生改变。本文建立了适用于工程应用的飞行器翼面结构热模态试验方法及试验装置,为验证该方法的有效性,针对高超声速飞行器翼面结构特征,设计和制造了钛合金翼面盒段试验件,测试了高温环境翼面热模态。开展了单面加热、双面加热、温度呈梯度分布加热和随时间变化加热等几种加热方式对比试验,试验结果表明,温度升高对结构模态特性影响明显;且该试验方法具有很高的工程实用价值,可应用于飞行器翼面结构热模态试验;同时,建立了试验件有限元模型,开展了热模态分析,对试验结果和分析结果进行了对比分析和讨论,结果具有较高的一致性。     

高超声速飞行器瞬态热试验

为了进行高超声速飞行器热防护系统的初步设计和数值计算的验证,设计开发了高超声速飞行器瞬态气动加热地面试验系统及其控制软件.试验系统能够根据飞行器的飞行轨迹和外形参数加载瞬态热流,实时测出结构表面的热流值和温度,得到飞行器的表面试验热流曲线和温度曲线.试验系统采用真空舱模拟飞行环境,并为此设计了冷却床,在真空环境下能比较真实的模拟热防护系统的下表面热环境,使瞬态热试验的原理更加合理,精度进一步提高.      

单晶涡轮叶片热机械疲劳试验技术

针对单晶空心气冷涡轮转子叶片的热机械疲劳(TMF)试验要求,建立了涡轮叶片热机械疲劳试验系统,包括加载、加热、气冷、水冷和控制等5个子系统.试验结果表明:该系统能够同时模拟服役条件下单晶涡轮叶片考核截面的应力场、温度场、气冷过程以及应力/温度谱等.利用该试验系统进行了单晶涡轮叶片考核截面的热机械疲劳试验,试验结果再现了涡轮叶片在服役状态下的失效模式.基于上述试验结果可以进行涡轮叶片的寿命预测和失效分析.      

座舱蒙皮外表面气动加热的物理仿真研究

座舱蒙皮外表面气动加热的物理仿真是座舱热特性试验研究的重要基础。把平行射流理论应用于座舱蒙皮外表面气动加热的物理仿真,提出了气动加热物理仿真的新方法。该方法能够满足座舱动态热特性物理仿真的需要,且在人力、物力上较省。提出了用数学仿真控制座舱热特性试验的方法。这些方法已成功地应用于飞机座舱热载荷和热特性试验中。     

多路协调加载试验中的常见问题与对策

多路协调加载试验技术在进行结构强度试验中越来越受到重视。本文对多路协调加载试验设备及系统进行了简单介绍，重点针对多路协调加载试验过程中出现的诸如油源污染、系统激振、伺服作动器选取、控制参数的设定和试验安全等问题提出了应对措施．并就影响多路协调加载试验的相关问题进行了分析。应用本文提出的对策可以有效地解决多路协调加载试验过程中的常见问题。     

一种实用的热试验系统

介绍了一种具有温度控制和载荷测量的热试验系统的总体架构、硬件组成、软件设计。该系统在热强度试验中具有精确化、自动化和适用性广的特点。     

拉压垫——杠杆系统加载方法研究

基于结构强度试验中小翼而双向加载的实际需求，介绍了现有加载方法局限性，提出了新的加载方法的设计思路，设计了拉压垫——杠杆系统，在模拟试验中验证了拉压垫—杠杆系统的加载方式的可行性，并在型号试验中得到应用。     

冲压发动机燃烧室壳体静热试验局部失稳变形分析

对静热试验中某发动机燃烧室壳体的局部失稳变形的试验现象进行了描述,为探究其失稳变形产生的机理,对试验测得的温度数据和应力数据进行了分析,并对静热联合作用下的应力分布进行了有限元的计算,找到了引起静热联合试验中燃烧室壳体产生局部失稳变形的主要原因,并给出了解决该类问题的几点建议。     

全机悬空支持状态下的复合控制与差动监控技术

位移－载荷随机复合控制技术通过控制飞机的整体移动以达到消除因试验件变形而产生的加载误差，从而有效地提高了试验精度，解决了试验中的一大难题。双点载荷差动监控技术通过对两个被动约束点的载荷差进行监控，解决了疲劳试验中全机悬空软约束状态下被动加载点的加载精度控制问题，保证了试件的安全，提高了被动加载点的加载精度。     

数字图像相关法在平板热屈曲试验中的应用研究

将基于非接触全场光学测量方法的数字图像相关法应用于网格加筋平板热屈曲试验。为了减小结构热屈曲试验中石英灯辐射加热设备和高温物体自身热辐射的影响,采用单侧加热单侧测量并通过光学滤光技术成功获得了瞬态气动加热环境下典型网格加筋平板的全场热变形,分析得到网格加筋平板在特定力载荷和支持边界条件下的热屈曲临界温升,此种非接触式高温数字图像测量方法可以作为判定结构热屈曲的重要手段。试验结果表明,数字图像相关法适用范围广、抗干扰能力强、测量精度高,在结构热屈曲试验领域具有重要的应用前景。     

热膜温度效应研究

用热膜测模型表面摩擦应力，在风洞试验中已得到广泛的应用，但在飞试验中，由于大气温度与地面温度有很大差异，因此传统的校方法无法应用。本文通过对热膜的传热机理进行分析，找到一种温度修正方法。此方法用于飞行试验中，得到较好的结果。     

神经网络解耦控制方法在协调加载中的应用研究

在飞行器结构强度试验中，电液协调加载系统能否准确模拟实际结构上的载荷历程对于试验数据的可靠性及飞行器结构的安全设计有着重要的意义。本文针对电液协调加载系统各通道间具有强耦合、非线性、时变等特点，应用神经网络解耦控制技术实现载荷解耦，并进行了两通道的协调加载试验。系统运行结果表明，该方法动态控制效果良好，能够准确地实现各通道间的协调加载控制。     

涡轮叶片热／机械复合疲劳试验方法研究

针对提高涡轮叶片TMF试验技术,介绍了在应用高频电感应加热设备基础上,进行高频电感应加热器设计、热/机械复合疲劳试验装置设计、测试方法和热/机械复合疲劳试验的方法;提出了制造工艺和试验方法对涡轮工作叶片热/机械疲劳寿命的影响与相应的修正措施。     

感应加热和红外测温在盘疲劳试验中的应用

主要阐述感应加热和红外测温技术在轮盘加温试验中的应用,改变了轮盘强度试验中以往长期采用电阻丝辐射加热方式,从而提高加热速度,加热均匀性,功率可调,可控,改进了轮盘强度试验中长期采用的试验件焊接热电偶的接触式测温方式,从而可实现钛合金轮盘强度试验的测温,可省去滑环引电器和氟里昂冷却系统,节省了热电偶焊装工时,提高了试验效率和测温可靠性,提高了测量精度,特制的中频感应加热器,可实现盘上温度分布梯度。     

飞机强度试验中的FBC加载控制技术

FBC(Feedback-Based Command)加载控制技术是飞机强度试验中用于运动机构加载的一种新型控制技术，在实现方法上与一般控制技术的主要区别在于其控制指令的来源不同。从FBC加载控制通道的定义、指令表的生成、试验谱的建立及FBC控制通道的调零、校准与调试等方面介绍了该项技术在Aero-90试验控制系统上的实现方法。