[发明专利]一种高速飞行器舱内精细热考核试验系统及方法

说明书

本发明提供了一种高速飞行器舱内精细热考核试验系统及方法，主要采用高温热源壁面模拟件和石英灯加热器模拟飞行器舱内热环境，试验方法首先规定了调试试验、正式试验的试验模型及相关要求，再采用闭环温控调试确定来自舱外能量的方法、利用开环定功率加热+设备工作开展正式试验的方法，最后依据试验结果判断舱内设备是否通过高温热环境的考核。该方法主要用于高速飞行器舱内有高温发热源的精细热考核试验。

技术领域

本发明属于热环境考核试验技术领域，尤其涉及一种高速飞行器、舱内有高温发热源的精细热考核试验系统及方法。

背景技术

目前高速飞行器舱内环境呈现以下特点：(1)防热/隔热材料轻、薄，舱内热问题突出；(2)舱内设备承受多重热源，包括飞行器表面气动加热、电池/发动机喷管等高温热源对各设备的辐射热、各设备自身发热等，在气动加热、舱内辐射、对流、三维传热现象相互耦合，共同影响承载结构、舱内设备的温度；(3)舱内空间十分狭小，设备、电缆等排布十分紧凑，部分设备、电缆与高温热源间的距离仅有几毫米，超温风险极大。随着飞行马赫数提高、飞行时间增长、舱内设备/电池/发动机工作时间加长，整个飞行器舱内热环境十分严酷，很多部件的温度都卡在许用边界上。为了释放风险，不仅需要对高速飞行器开展舱段级热考核试验，而且迫切需要精细热考核。

飞行器设计时为了降低舱内热的风险，通常通过增加防热/隔热材料的厚度，给设备创造最高80℃的环境温度保障，此时舱内热的问题并不突出，结构承载、设备、热源间的耦合影响很小，因此在开展舱段级热考核试验时，通常利用石英灯加热设备，可直接采用解耦的结构承载温度进行闭环控制的方式，解耦的结构承载温度通常采用以下方式获取：利用一维传热分析方法，将结构承载内表面设置为绝热边界条件，不考虑结构承载与舱内部件间的耦合换热。但是目前高速飞行器追求结构轻量化、舱内空间利用最大化，要求防热/隔热材料既轻又薄，这样造成舱内不但热环境严酷，而且结构承载与热源间温度耦合影响大，此时在开展热考核试验时若再利用解耦的结构承载温度，就会出现过考核的情况，不满足真实性覆盖性的要求。另外，现有热考核试验主要是在真实舱段中进行，采用真实舱段成本高，而且烧蚀性热防护材料的舱段在试验过程中有大量黑烟排出，不能在模拟飞行压力的低压舱内开展精细考核，若在常压环境下开展试验，会引入额外的对流加热效应，试验出现过考核的情况。

基于以上情况，迫切需要发展一种高速飞行器舱内精细热考核的试验方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种高速飞行器舱内精细热考核试验系统及方法，试验系统结构简单、成本低，高温环境模拟准确，通过开展空舱闭环温控调试，确定来自舱外的热量，再采用“开环定功率加热+舱内设备工作”的方式，模拟实际高热环境下设备按照既定剖面工作，解决在地面试验精细考核飞行状态舱内高温热环境的难题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下：

一种高速飞行器舱内精细热考核试验系统，包括至少一块高温热源壁面模拟件和石英灯加热器，所述高温热源壁面模拟件为薄壳结构，其内壁面与模拟的外围高温结构内壁面结构一致，且每个高温热源壁面模拟件包含至少一个加热面；所述石英灯加热器与加热面个数一致，每个石英灯加热器通过支架布置于一个高温热源壁面模拟件加热面外围；所述高温热源壁面模拟件的每个加热面中间位置设置控温点，所述高温热源壁面模拟件表面上还设置多个测量点。

进一步的，所述石英灯加热器与高温热源壁面模拟件外壁面保持3～10cm。

进一步的，所述高温热源壁面模拟件为2～4mm的金属薄壳。

进一步的，所述金属薄壳材料为铝合金、不锈钢或高温合金。

进一步的，所述多个高温热源壁面模拟件连接位置设置有隔热材料。

本发明还提供了一种高速飞行器舱内精细热考核试验方法，该方法包括以下步骤：