[发明专利]高超声速飞行器非金属防热材料平面试验件表面高温测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及高超声速飞行器非金属防热材料平面试验件表面高温测量装置，特别是用于模拟导弹、航天飞机等高超声速飞行器用非金属平面轻质隔热材料的高温试验环境中，对非金属隔热材料表面高达1000℃-1400℃的高温动态变化进行实时测量和记录。

背景技术

随着世界航天航空技术的发展，远程机动飞行器的设计速度在大幅度提高，目前美、俄、欧盟等发达国家正竞相开展高超声速飞行器的研制工作。我国也正在努力开展新一代高超音速远程机动飞行器的研究，国家自然科学基金项目指南中指出高超音速远程机动飞行器的研究“涉及国家安全和和平利用空间，是目前国际竞相争夺空间技术的焦点之一，是综合国力的体现”。导弹等高速飞行器以高马赫数飞行时，由气动加热引起的“热障”问题极为严重。当飞行马赫数接近4时，导弹前端驻点温度可达700℃，以6个马赫数飞行的高超声速飞行器，其翼前缘和天线罩锥部的驻点温度将超过1200℃。因此高温结构材料的研究和防隔热结构设计是高超声速飞行器整体安全可靠性设计的关键技术和核心技术。

当温度将超过1000℃时，即便采用镍基高温合金或钛合金等耐高温金属材料，在也会出现变形、软化、刚性下降的现象，严重影响高速飞行器的气动外形和安全飞行。另外安装有精密电子设备的仪器舱内的温度一般不允许超过80℃，必须设计安装防热结构或铺设隔热材料，以降低导弹表面热量向内部的传导速度，因此，新一代的高超音速飞行器一般都采用碳纤维复合材料、多孔泡沫型高温陶瓷瓦、高硅氧玻璃纤维等非金属轻质材料制做飞行器的外壳或作为防隔热材料。

在进行导弹等高超声速飞行器的安全可靠性设计时，需要预先对所使用的非金属轻质材料的表面温度进行测量，以检验其耐温性能，烧蚀性能和隔热性能。由于非金属材料不能像金属材料那样能将测温热电偶丝直接点焊在材料表面上，所以一般采用粘接或压接的方法测量表面温度。若采用粘接方式，由于金属材料的测温传感器与非金属材料的的热膨胀系数差别极大，在高于1000℃的热环境下，经常出现金属测温传感器与非金属材料表面脱胶分离现象，造成表面温度测量不准确的情况。

若能保证在高温环境下金属测温传感器与非金属材料表面始终处于紧密结合状态，从原理上来说能够实现高温环境下非金属材料表面的温度测量。但是，要使测温热电偶前端在试验过程中对非金属材料表面始终保持紧密接触，必须使热电偶前端附近的部分与非金属材料表面之间不能有大的相对位移，否则必然连带热电偶前端感温部翘曲和错位，特别是其要在大于1000℃的高温环境下还能够保持稳定状态，这是关系到压接测温方式成败的关键和技术难点。

另外，由于在大于1000℃的高温环境下，试验件表面会出现热烧蚀和热损毁，对同一试验件一般不能重复进行多次高温试验，并且高速飞行器的防热试件都非常昂贵，如美国格伦比亚航天飞机的防热瓦单片造价就超过5万美金，所以每次试验得到的测试数据都极为宝贵。因此，必须开发能够在高温环境下可靠工作的高速飞行器非金属防热材料平面试件表面高温测量装置，来记录高温热试验过程中，防热材料表面温度的变化情况。该项工作对于导弹、航天飞机等高超声速飞行器的热防护与安全可靠性设计具有非常重要的实际意义。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种高超声速飞行器非金属防热材料平面试验件表面高温测量装置，该装置能够准确和可靠地测量与记录高超声速飞行器热试验过程中，非金属防热材料平面试验件表面温度场高达1000℃-1400℃的动态高温变化，且结构简单，使用方便，为导弹、航天飞机等高超声速飞行器的热强度校核与安全防护设计提供可靠的试验依据。