辐射加热方法在结构热试验中的作用与地位

高超声速飞行器经受着严酷的气动加热环境,为验证飞行器整体设计、考核热结构耐热性能,需要开展大量的结构热试验研究,如辐射加热、气流加热方法等。其中辐射加热方法具有加热时间长、加热能力强、多温区控制等特点,是有效的结构全尺寸热试验方法;气流加热方法受试验空间、加热时间等限制,在特定问题上发挥着重要作用。给出了高超声速飞行器防热区和高温区的热结构设计理念,总结了国外结构热试验方法的发展和应用,指出用辐射加热模拟气动热环境仍将是新型飞行器热结构优化设计和性能考核的重要手段。     

聚四氟乙烯盖板双温区边界条件隔热性能试验设计

针对聚四氟乙烯盖板迎风面和上表面同时满足不同热环境模拟的试验要求,采用有限元方法,对辐射加热试验方案进行了计算分析,重点对加热灯阵高度和遮挡物距离两个影响因素进行了研究。参照计算模拟结果,采用石英灯辐射加热试验设备,对聚四氟乙烯盖板试件进行了隔热性能考核试验,实现了双温区模拟的试验要求。同时试验数据与数值模拟结果吻合度较好,验证了数值模拟方法的可信性和有效性。对于类似隔热材料性能考核试验方法研究具有重要的参考价值。     

C/SiC舵结构热试验瞬态温度场预示技术

航天飞行器在大气层中高马赫数飞行时,会面临严酷的气动加热环境,C/SiC、C/C等高温复合材料由于具有耐高温、高比强、高比模等优点,在飞行器热结构设计中得到大量应用。为了考核热结构服役过程中的高温力学性能和完整性,需要根据飞行时序进行地面结构热环境试验,其中石英灯辐射加热装置是模拟瞬态气动热环境的一种重要手段。地面结构热试验具有不可重复、技术难度大等特点,发展结构热试验辐射热环境预示技术可以有效支撑飞行器结构地面试验验证。针对采用石英灯辐射方式加热的C/SiC复合材料舵结构热试验,建立了辐射加热动态控制过程模拟方法,基于热网络法和蒙特卡罗法获得了结构瞬态温度场分布,通过与试验数据的对比分析,验证了方法的可行性,能够为复合材料结构热试验方案优化和试验效果评估等提供技术支撑。     

石英灯辐射加热试验热流分布优化研究

石英灯辐射加热是在地面上模拟飞行中施加在飞行器表面热载荷的一种加热方式.由于石英灯加热元件的分布不同导致试验件表面不同区域获得的热流密度与要求施加的热载荷有所差异,这样可能会导致"过试验"或"欠试验"现象出现,从而降低了试验数据的可用性,增加了结构设计的风险.本文基于蒙特卡罗方法,对单一石英灯加热器内部热流分布进行了数...     

一种大型、大功率辐射内加热器的设计

热强度试验技术是为解决飞行器的热障问题而发展的,热设计已经成为飞行器设计的重要方面,而地面模拟试验则是验证设计的重要手段,通常地面实验以模拟气体动力学加热为主,对于管道、喷管等结构的内加热模拟较少.此类结构的能量传递方向由内向外,采用内加热更加合理、可行.在国内热强度试验领域,接触的实例并不多,大型、大功率的内加热器则更少,我们针对某结构件静热联合试验,就一种大型、大功率辐射内加热器的设计技术进行了初步研究,设计生产了内加热器并成功应用到了具体试验中.     

结构热试验石英灯电热特性研究

针对飞行器结构热试验常用辐射加热元件石英灯,利用比电阻法和热辐射法获得了典型石英灯的电压-灯丝温度曲线,并对两种方法进行了误差分析,表明两种方法都可用于灯丝温度的预测。讨论了石英玻璃的频谱特性,根据灯丝的辐射光谱得出了灯管的工作温度。预测了石英灯的潜在破坏模式。     

石英灯加热器的热特性研究

本文通过理论和试验相结合的方法,在石英灯加热器加热过程中,对其放大倍数、时间常数等主要特性参数进行了研究,为热强度试验加热系统的优化设计提供有效数据及方法。     

热力耦合试验中加载杆的改进设计

热力耦合试验中,加载杆在靠近加热元件的地方受到较强的辐射,在热流上升阶段容易使加载杆的温度迅速上升,强度迅速下降,导致试验失败。对此试验现象进行了数值模拟,对加载杆进行改进设计,通过添加热防护部件而解决此类问题,并利用数值模拟方法验证了此方法可行性。     

模型表面温度对光电特性影响的实验研究

对在JF-10氢氧爆轰驱动高焙激波风洞中开展烧蚀材料模型表面温度对光电特性影响的实验方法进行了探索.风洞实验状态的驻室总压约为20MPa,驻室总温约为6000K,自由流速度约为4km/s.实验以锑化铟多单元红外成像系统与电离列阵测试装置为测量手段,用以烧蚀材料为头部的球头钝锥体模型,实验测量激波层中红外辐射的横向剖面分布和壁面附近电离密度的剖面分布,并在烧蚀材料加热和不加热两种情况下进行了对比实验.实验结果表明:烧蚀材料的加热加强了模型头部激波层中的红外辐射,同时也增大了模型表面的电子密度.     

飞行器燃油系统气动热试验与数值分析研究

气动加热与结构热传递耦合问题在航空航天领域非常重要。指出耦合性在试验与分析过程中的必要性。针对存在的耦合性,阐述了将结构热试验和气动加热计算相结合,提出模拟全弹道的全方程热流密度控制方法,实现气动热分析与热试验相耦合的试验控制。为飞行器燃油系统的气动加热和结构热响应耦合分析提供了一个解决思路,同时为结构热试验热载荷条件的制定提出了新的方法,对应用复杂防热结构的飞行器的气动热分析和结构热试验具有重要的意义。数值仿真结果与试验结果进行了对比,两者吻合得较好。     

气动加热模拟试验加热系统控制研究

本文通过理论分析和试验测试研究了可控硅功率调节装置和石英灯加热器的动特性，提出了通过系统识别的方法研究石英灯加热器的静特性；在研究被控对象特性基础上找到了对任意一个石英灯加热器组成的被控对象进行非线性PID控制器的设计方法。这些方法提高了控制的质量，缩短了试验准备的周期，并进行准自适应控制，从而改善了气动加热模拟试验加热系统的控制效果。     

大功率管型氙灯加热元件特性研究

随着高速飞行器的发展,对地面结构热试验提出了长时间高加热率的试验能力需求,常规加热元件已无法满足需求,为提升试验加热能力,对大功率管型氙灯加热元件进行了研制。针对新研制的管型氙灯的启动特性、加热特性等方面进行了测试分析,结果表明该加热元件性能优良,可以替代国外的同类产品,应用于结构热试验中。     

高超声速飞行器低气压环境结构热试验控制技术研究

随着高超声速飞行器的快速发展,为了验证其在飞行过程低气压环境中气动热载荷作用下的结构承载能力和热学特性,需要进行地面结构热试验进行模拟。此类试验一般采用舱段和全弹进行,试验规模大,加热时间长;而又由于热试验普遍的不可重复性,对试验过程中的加热控制技术提出了新的要求。为了确保该类型试验的成功性,本文从试验产品加热分区划分、控制反馈信号的设置和控制算法的修改等方面对地面热试验原有的控制方式进行了改进,避免了低气压环境下电极放电造成的传感器系统失效对试验的影响,提升了高超声速飞行器低气压环境下的可靠性,可为常压或者低氧环境下热试验的开展提供积极的借鉴。     

结构热应力试验中可控硅加热功率的计算和测量

本文根据结构热强度试验系统中加热功率调节装置的特点,从分析可控硅整流电路输出平均值电量与有效值电量之间的关系出发,提出一种简单可行的可控硅加热功率的计算和测量方法。这种方法在“某导弹天线罩热应力试验”实际使用功率计算和“平板加热器热效率测定”电功率计算中,均取得了较为满意的结果。     

脉冲爆震发动机试验室消声系统研究

为了改善脉冲爆震发动机(Pu lse detonation eng ine,PDE)试验室噪声向周围环境辐射、传播的现象,研究了消声装置设计方法,建立了进气、排气消声室系统,采用数值模拟和试验的方法,成功地将PDE试验室向外辐射、传播噪声降低30dB(A)以上,达到了降噪目的,已接近该处的本底噪声。通过数值模拟的方法获得消声室内流场的分布,分析了气流对消声器的声学性能影响,试验验证了从传播途径上降低PDE试验室向外辐射、传播噪声的方法是非常有效的,极大地减少了脉冲爆震发动机试验造成的噪声污染。     

耦合传导/辐射情况下的传热系数和表面热流辨识

耦合传导/辐射情况下的传热参数和表面热流辨识问题是一类特殊的传热逆问题,在工程上应用较广。本文首先建立了耦合传导/辐射的传热问题的数值方法,进行了算例验证。然后分别建立了同时辨识材料热物性参数和辐射吸收系数的算法、辨识非稳态表面热流密度的算法;分析了测点位置、测量误差、辐射吸收系数对辨识结果的影响。结果表明:同时辨识材料热物性参数和辐射吸收系数时,利用右端测点的温度辨识出热传导系数值的精度较高,利用中间测点温度辨识出的辐射吸收特性系数值精度较高。对于表面热流的辨识,测点越靠近加热面,辨识结果的精度越高;吸收系数对中间测点的辨识结果影响大于其他位置测点的辨识结果。     

高斯激光束照射圆柱体一端面上引起温升和热应力的分析

激光加热应用很广，热应力是一常见现象。本文讨论的内容是来自辐射加固技术和激光武器效应中遇到的一个问题，因此，对其剖析具有很大的实用价值和理论意义。     

飞行器气动加热环境与结构响应耦合的热结构试验方法

阐述了将结构热试验和气动加热计算相结合,实现气动热分析与热试验相耦合的试验控制方法。为飞行器的气动加热和结构热响应耦合分析提供了一个解决思路,同时为结构热试验热载荷条件的制定提出了新的方法,对应用复杂防热结构的飞行器的气动热分析和结构热试验具有重要的意义。     

无人旋翼机机载放射性监测系统研制

选取GM管与NaI(T1)伽马谱仪双辐射探测器作为辐射监测单元,通过软硬件开发,将GPS技术、无线通信技术、核分析技术、放射源定位、剂量率绘图等功能相融合,研制出一套快速灵敏且不受地形限制的远程机载辐射监测系统。测试结果表明:所开发的无人旋翼机机载放射性监测系统在3 km的传输距离下可保持稳定有效的数据通信;机载监测系统的最大可探测距离满足环境辐射监测需求;系统上位机软件实时显示获取的环境辐射数据,并具有轨迹标定、剂量警报、数据查询和分析等功能,为环境辐射评估提供了依据。     

电子直线加速器辐射场优化的蒙特卡洛模拟

提供了一种用于设计医用电子直线加速器（1inac）X射线均整过滤器的方法,并将其用于电子束辐射系统的优化过程之中。采用MonteCarlo模拟计算方法,提供了2个真实的国产医用电子直线加速器的辐射研究成果：BJ-20加速器的15MVX射线辐射系统和BJ-14加速器的12MeV电子柬辐射系统。使用传统方法对上述成果进行了验证。