[发明专利]一种极高温环境下轻质防热材料热/振耦合试验测试装置

说明书

本发明提供一种1700℃极端高温环境下轻质防热材料热/振耦合试验测试装置,包括轻质耐高温隔热材料试验件、金属钨罩、耐高温金属螺栓、隔热平台、双铂铑温度传感器、高温陶瓷管、工控计算机、高温无机胶隔离涂层和双铂铑丝。该装置能够实现高超声速飞行器轻质隔热材料在1700℃极端高温环境下的抗振动性能试验测试，为远程高超声速飞行器所使用的低密度轻质高效隔热材料在超高温环境下的抗振动能力、防隔热性能以及安全可靠性设计提供重要依据。对高超声速飞行器的研制具有重要的工程应用价值。

技术领域

本发明属于材料测试技术领域，涉及一种1700℃极端高温环境下轻质防热材料热/振耦合试验测试装置,特别是该装置能够实现高超声速飞行器轻质隔热材料在1700℃极端高温环境下的抗振动性能试验测试，为高超声速远程飞行器所使用的低密度轻质隔热材料在超高温环境下的抗振动能力、防隔热性能性以及安全可靠性设计提供重要依据。

背景技术

高超声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。由于具有极其重要的军事应用价值，对国家安全具有重大的战略意义，目前高超声速飞行器已经成为世界各主要航天大国的研究热点。

高速的气动加热使得高超声速飞行器面临极为严酷的热边界环境，有些关键部位的温度高达1700℃，而且持续时间长达数百秒甚至数千秒。由于高超声速飞行器内部安装有电子仪器、控制系统以及战斗部等部件，舱内温度要求在几十度以内，因此，必须采用轻质高效隔热材料制作热防护结构，以保证内部设备的安全。

高效低导热率的轻质耐高温隔热材料有氧化锆材料、多孔陶瓷和纳米材料等，虽然这些热防热材料具有质量轻，防热性能好的优点。但是，由于材料中存在大量细微孔洞，结构松散，抵抗振动的能力比较低。远程高超声速飞行器处于长时间的高温和剧烈振动耦合环境中，剧烈的抖动会导致轻质防热材料或热防护结构出现裂纹、错位、剥离或脱落，造成严重的热泄露甚至引起致命的安全事故。美国军方研制的高超声速飞行器HTV-2，在高马赫数试飞时，热防护材料出现振动剥离，气动热参数超过设计指标两个数量级，导致试验失败。美国“哥伦比亚号”航天飞机由于外部燃料箱防护材料在强振动下脱落，造成机翼前端热防护系统出现裂痕，高温气体从裂痕处进入机翼，导致爆炸解体，七名宇航员死亡，损失极为惨重。因此为了保证远程高超声速飞行器的安全可靠性，必须对防热材料、防热结构进行高温振动条件下的热/振耦合地面验证试验，模拟高超声速飞行器高马赫数飞行过程中的极端高温与强振动的复合环境，通过热/振耦合试验方法检验防热材料和结构在高温环境下的抗振动能力、防隔热效果以及稳定性和可靠性。这项工作对于高超声速飞行器的安全设计和可靠性评估具有极为重要的意义。

但是，目前尚未有能够在高达1700℃的极端高温环境下能对高超声速飞行器防热材料的抗振动性能进行热/振耦合试验测试的装置。为了确认高超声速飞行器防热材料与结构在恶劣的高温强振动复合环境下的可靠性，保证远程飞行安全，高超声速飞行器的研制部门对于高达1700℃热振耦合环境下防热材料的抗振性能测试提出了迫切需求，因此，极端高温环境下高超声速飞行器隔热材料热/振耦合试验测试装置的研制是一项具有挑战性的课题，并且具有非常重要军事工程应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种1700℃极端高温环境下轻质防热材料热/振耦合试验测试装置,特别是该装置能够解决多孔低密度轻质隔热材料在强振动与极端高温耦合环境下，疏松材料表面温度难于准确测量与控制的难题，实现高超声速飞行器轻质隔热材料在1700℃极端高温环境下的抗振动性能试验测试。为高超声速远程飞行器所使用的低密度多孔轻质隔热材料超高温环境下的抗振动能力、防隔热性能的获取以及防热结构的安全可靠性设计提供重要依据。