风洞稀薄气动热试验测试技术研究

摘要

随着载人航天工程等国家重大科技专项的实施，临近空间飞行器技术得到快速发展，飞行器在大气稀薄过渡流段的气动加热和热防护问题越来越受关注。高超声速风洞稀薄气动热试验预测是研究上述问题的一项关键手段。　　对于稀薄气动热风洞试验，主要是在高超声速低密度风洞开展，采用的试验测试技术是红外热图和薄壁量热计测热两种。本文给出了两种试验试技术的数据处理方法，对影响试验测试精度的因素进行了分析，并对红外热图测热试验技术做了改进和完善工作，对薄壁量热计做了结构优化。　　对于红外热图测热技术的完善，主要完成了以下工作。①提出了基于主动适应原则的密封旋转装置和红外光路反射法，解决了大极角测量和模型局部关键位置测量的问题。②开展了耐高温红外测热模型材料研究，选取改性聚酰胺作为新的试验模型材料，并对其热物性和发射率值进行了测量分析。③利用材料热物性参数分析仪和发射率测量仪，得到准确的材料特性数据，并分析了材料发射率随温度变化的规律。④利用红外图像物像映射关系处理软件，完成了红外热图的三维重构。⑤编写了红外测热试验数据处理软件核心程序。　　对于薄壁量热计测热，针对其侧向导热的影响，本文创新的提出了一种适用于低密度风洞薄壁测热新型变厚度结构。通过有限元分析和飞行试验验证，并与现有技术进行对比分析，证明新结构的量热计可以提高试验有效测量时间，并且初始响应效果更佳，适于长时间风洞试验测量。　　最后本文通过开展的稀薄气动热风洞试验和飞行试验，对上述试验测试技术改进和传感器结构优化工作的效果进行了验证。试验结果证明本文所开展的研究是有价值的，相应的技术改进和结构优化是有效的。　　通过本文研究取得了以下研究成果。①完善和改进了低密度风洞红外测热试验测试技术，建立了较完整和自主性较强的低密度风洞测热试验体系。②创新的提出了变厚度薄壁量热计结构。该结构能使风洞薄壁测热试验的有效测量时间提高70%，并获得更好的初始响应。

目录

主要符号表

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 稀薄气动热试验研究国内外现状

1.2.2 高超声速风洞气动热测试技术国内外现状

1.2.3 高超声速低密度风洞测试技术国内外现状

1.3 本文研究内容

1.4 本章小结

2 稀薄气动热试验测试技术研究

2.1 红外测热试验技术研究

2.1.1 红外测热试验方法

2.1.2 影响测试精度的因素

2.1.3 红外测热试验技术完善

2.2 薄壁量热计试验技术研究

2.2.1 薄壁量热计试验方法

2.2.2 影响测试精度的因素

2.2.3 变厚度薄壁量热计研究

2.3 本章小结

3 稀薄气动热试验

3.1 风洞试验设备

3.1.2 红外热像仪

3.1.3 模型快速送进装置

3.1.4 黑体面源

3.1.5 彩色纹影系统

3.1.6 辉光放电装置

3.1.7 红外光学窗口

3.1.8 其它测试仪器

3.2 低密度风洞运行原理及试验流程介绍

3.2.1 低密度风洞运行原理

3.2.2 气动热试验流程介绍

3.2.3 试验状态参数选取

3.2.4 试验流场校测

3.3 风洞稀薄气动热试验

3.3.1 球柱标模风洞试验

3.3.2 XX模型风洞试验

3.3.3 XX模型飞行试验

3.4 本章小结

4 总 结

4.1 当前工作总结

4.2 未来工作展望

参考文献

附录学位论文数据集

致谢