高速飞行器热强度试验用热流密度可调的石英灯辐射装置

摘要

本发明提供了高速飞行器热强度试验用热流密度可调的石英灯辐射装置，包括石英灯辐射阵列、支撑调节杆、滑动机构、固定机构、热流检测装置和PLC控制系统；所述石英灯辐射阵列分别设置在所述热流检测装置的两侧，并且通过所述支撑调节杆与所述滑动机构连接；所述滑动机构设置在所述固定机构上；所述热流检测装置固定在试验件上；所述PLC控制系统与所述滑动机构以及所述热流检测装置电连接。本发明为高速飞行器结构和构件在热环境和热载荷作用下进行应力、应变、振动、疲劳、防隔热和烧蚀等热强度试验提供有效的气动热环境模拟装置。

说明书

技术领域

本发明涉及高速飞行器结构热环境试验技术领域，尤其是涉及一种高速飞行器热强度试验用热流密度可调的石英灯辐射装置。

背景技术

高速飞行器能够实现全球远距离快速到达，实施有效的高空高速突防，完成快速精确打击，具有极其重要的军事应用价值，已成为世界军事研究热点。

随着高速飞行器设计飞行马赫数的不断提高，飞行器结构面临的气动加热效应也越来越明显，例如，当飞行器以马赫数为3作超低空飞行时，其翼前缘驻点温度即可达到500℃以上。当飞行器马赫数接近4时，表面温度可达700℃。以6个马赫数飞行的高超声速飞行器，其前端天线罩锥部的瞬时热流密度可高达1.2MW/m

石英灯辐射加热器由于其热惯性小、电控性能优良、发热功率大、体积小和运营成本低等优点，使得辐射式气动热环境模拟试验技术为高速飞行器热强度研究提供了一种非常重要的试验方法。现有的石英灯辐射加热设备，其结构比较单一和固定，对于辐射阵列之间及与试验件之间距离无法随意调节，往往需要重新设计连接组件才可实现；对于试验件表面非均匀热流密度的实现比较困难，同样面临上述问题；此外，对于石英灯辐射加热试验装置所提供热环境的均匀性没有量化标准。上述不足，大大限制了其在高速飞行器热强度试验过程中的应用。

发明内容

为了克服现有石英灯辐射加热装置的不足，提供了一种高速飞行器热强度试验用热流密度可调的石英灯辐射装置。该装置为高速飞行器结构和构件在热环境和热载荷作用下进行应力、应变、振动、疲劳、防隔热和烧蚀等热强度试验提供有效的气动热环境模拟条件。

本发明提供一种高速飞行器热强度试验用热流密度可调的石英灯辐射装置，包括：石英灯辐射阵列、支撑调节杆、滑动机构、固定机构、热流检测装置和PLC控制系统；所述石英灯辐射阵列分别设置在所述热流检测装置的两侧，并且通过所述支撑调节杆与所述滑动机构连接；所述滑动机构设置在所述固定机构上；所述热流检测装置固定在试验件上；所述PLC控制系统与所述滑动机构以及所述热流检测装置电连接。

优选地，还包括激光测距仪，所述激光测距仪设置在所述滑动机构上；所述PLC控制系统与所述激光测距仪电连接。

优选地，所述石英灯辐射阵列包括：辐射增强隔热板和电极；所述电极通过支架与所述辐射增强隔热板连接；所述电极上分别设置有电极进水口和电极出水口；所述电极与所述滑动机构通过所述支撑调节杆连接。

优选地，所述支架的横截面呈U型。

优选地，所述滑动机构包括：滑块、步进电机、丝杆和滑轨；所述滑块一端与所述支撑调节杆连接，另一端与所述滑轨连接；所述步进电机通过带动所述丝杆实现所述滑块的上升和下降；所述丝杆与所述固定机构连接；所述激光测距仪设置在所述滑块上；所述步进电机与所述PLC控制系统电连接。

优选地，所述固定机构包括：固定座、固定板和支座；所述固定座设置于所述丝杆一端，用于固定所述丝杆；所述固定座、所述步进电机和所述滑轨均通过螺栓固定在所述固定板上；所述固定板通过螺栓固定在所述支座上。

优选地，所述固定板包括：两块横板和一块竖板；两块所述横板分别垂直固定在所述竖板的两端；所述滑轨通过螺栓固定在所述竖板上；所述步进电机通过螺栓固定在所述横板上；两块所述横板通过螺栓固定在所述支座上。

优选地，所述热流检测装置包括：塞式平板热流探头和高度调节螺栓；所述塞式平板热流探头有两个，分别位于测试件的两侧；两个所述塞式平板热流探头通过高度调节螺栓连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过热流检测装置测试石英灯辐射阵列热流密度，与目标热流曲线进行对比，利用PLC控制系统控制滑动机构实现石英灯辐射阵列单侧或者整体高度的调节，通过调节石英灯辐射阵列与热流检测装置的距离和角度，再结合电流的调节两种方式实现热流密度大小及均匀度的实时调控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例热流密度可调石英灯辐射装置结构示意图；

图2为本发明实施例热流密度可调石英灯辐射装置局部示意图。

附图标记说明：

1：辐射增强隔热板；2：支撑调节杆；3：双T型固定板；4：步进电机；5：丝杆；6：滑块；7：固定座；8：滑轨；9：电极进水口；10：电极；11：电极出水口；12：高度调节螺栓；13：塞式平板热流探头；14：激光测距仪；15：支架；16：支座。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明提供了一种高速飞行器热强度试验用热流密度可调的石英灯辐射装置，包括：石英灯辐射阵列、支撑调节杆2、滑动机构、固定机构、热流检测装置和PLC控制系统。两组石英灯辐射阵列分别设置在热流检测装置的两侧，每个石英灯辐射阵列的四个角分别通过支撑调节杆2与滑动机构连接。滑动机构设置在固定机构上，热流检测装置固定在试验件上。PLC控制系统与滑动机构以及热流检测装置电连接。

在一个更优选的实施例中，还包括激光测距仪14，激光测距仪14设置在滑动机构上；PLC控制系统与激光测距仪14电连接。

在一个更优选的实施例中，石英灯辐射阵列包括：辐射增强隔热板1和电极10，电极10通过支架15与辐射增强隔热板1连接，电极10上分别设置有电极进水口9和电极出水口11。电极10与滑动机构通过支撑调节杆2连接。辐射增强隔热板1优先选用莫来石纤维隔热瓦材料，若试验温度小于等于650℃，表面优先喷涂高反射率涂层；若试验温度大于650℃，表面优先喷涂高发射率涂层。

在一个更优选的实施例中，支架15的横截面呈U型。U型支架15优先选用镍基高温合金材料，辐射增强隔热板1与U型支架15通过无机高温固化胶连接。

在一个更优选的实施例中，滑动机构包括：滑块6、步进电机4、丝杆5和滑轨8。滑块6一端与支撑调节杆2连接，另一端与滑轨8连接。支撑调节杆2端部开有长一字孔，滑块6通过其结构上的轨道槽在滑轨8上滑动。步进电机4通过带动丝杆5实现滑块6的上升和下降。丝杆5与固定机构连接。激光测距仪14粘接在滑块6上，用以实时测量位置。步进电机4与PLC控制系统电连接。每一个滑块6上均安装一个激光测距仪14，共8个激光测距仪14，分别对上、下石英灯辐射阵列的具体高度位置进行实时测量。通过步进电机4控制上、下石英灯辐射阵列单边或者整体的自动上升或下降，达到平板热流密度大小和均匀性调节。

在一个更优选的实施例中，固定机构包括：固定座7、固定板3和支座16。固定座7设置于丝杆5一端，用于固定丝杆5。固定座7、步进电机4和滑轨8均通过螺栓固定在固定板3上，固定板3通过螺栓固定在支座16上。

在一个更优选的实施例中，固定板3包括：两块横板和一块竖板；两块横板分别垂直固定在竖板的两端；滑轨8通过螺栓固定在竖板上；步进电机4通过螺栓固定在横板上；两块横板通过螺栓固定在支座16上。

在一个更优选的实施例中，热流检测装置包括：塞式平板热流探头13和高度调节螺栓12。塞式平板热流探头13有两个，分别位于测试件的两侧。塞式平板热流探头13的尺寸与石英灯阵列的尺寸相同，以便对整个加热区域进行热流大小和分布进行测量。两个塞式平板热流探头13通过高度调节螺栓12连接以及调节间距。

本发明的工作原理为：首先根据试验件厚度调节上、下两组平板热流探头13的间距。打开电源后，根据上、下两组平板热流探头13所测热流密度在计算机上显示，与目标热流密度值对比，结合激光测距仪14的数据，通过PLC控制系统控制步进电机4工作实现石英灯辐射阵列单边或者整体位置的上升或下降，或者利用PLC控制系统控制加载电流的大小，将调整后所得热流密度在此与目标热流进行对比，重复上述过程，直至两者基本一致为止。

本发明利用激光测距仪14准确确定石英灯辐射阵列的高度位置，精度达到毫米级别，并可通过电流或者石英灯辐射阵列与平板热流探头13之间的距离两种手段协同调节热流密度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。