[发明专利]一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置及方法

权利要求书

1.一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置，其特征在于，包括红外灯阵、热流计、电加热器、挡板，根据上面级在轨组合飞行状态，与卫星和运载对接面采用电加热器模拟温度边界，包括仪器舱的规则结构区域采用电加热器模拟瞬态外热流，包括动力舱的复杂结构区域采用红外灯阵模拟瞬态外热流，仪器舱电加热器模拟外热流区域沿周向等分为若干个分区，动力舱红外灯阵模拟外热流区域分为周向和底部两个部位，其中周向等分为若干个分区，底部等分为若干个分区，每个分区采用两个热流计获取本区施加热流值，每个红外灯阵分区间采用挡板进行阻隔，防止分区间热流互相影响；

电加热器模拟仪器舱表面吸收外热流，红外灯阵实现动力舱区域入射外热流等效模拟；

挡板由铝合金板和低温多层组成，低温多层部分的每单元多层由反射屏和间隔层组成，反射屏为双面镀铝聚酯薄膜，间隔层为涤纶网；

所述电加热器模拟的仪器舱各分区外热流以△t的时间间隔进行变化施加，其△t时间内的外热流值取实际在轨统计的仪器舱表面各分区吸收外热流在△t时间内平均值；

各区域红外灯阵模拟的入射外热流目标值为其中Q_轨为对应区域分析得到的在轨外热流入射值，ε为动力舱多层外表面半球发射率，α为动力舱多层外表面太阳吸收比，各区域红外灯阵对应热流计控制目标温度T由Q_灯＝σT⁴获得，σ为黑体辐射常数5.67×10^-8W/(m²·K⁴)。

2.根据权利要求1所述的运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置，其特征在于，底部红外灯阵安装在转接工装上，灯阵与上面级安装表面的距离上下可调，底部红外灯阵各分区之间以及灯阵的外周均采用挡板。

3.根据权利要求1所述的运载火箭上面级瞬态热平衡试验装置，其特征在于，周向红外灯阵安装在四根立柱上，上下可调，周向红外灯阵各分区之间均采用挡板，上下也采用挡板。

4.一种运载火箭上面级瞬态热平衡试验方法，其特征在于，采用权利要求1的装置来完成，

红外灯阵模拟的动力舱各分区外热流取该区域内的入射外热流，并保证所有周向和底部灯阵区域的灯阵模拟外热流总和与在轨动力舱入射外热流总和对应；

由于地面试验动力舱多层外表面光学属性为红外属性，因此需要根据在轨光学属性将在轨入射热流换算为地面红外灯阵模拟的入射外热流；

在试验开始前首先对红外灯阵进行标定，按照一阶线性关系拟合得到各分区灯阵电流I与控温热流计温度T公式I＝AT+B，由此根据在轨入射外热流值得到地面试验时该区域灯阵控制电流值，从而制定以△t时间间隔为变化的灯阵瞬态电流表。

5.根据权利要求4所述的运载火箭上面级瞬态热平衡试验方法，其特征在于，每个区域内的热流密度不均匀度应不超过10％，衡量模拟件表面热流分布均匀性指标为热流密度不均匀度，其计算公式为：

式中ε为热流密度不均匀度；q_MAX为辐照面上最大热流密度；q_MIN为辐照面上最小热流密度。