[发明专利]一种攻角可调的平板模型气动热-振动联合试验装置

说明书

本发明提供了一种攻角可调的平板模型气动热‑振动联合试验装置，包括：底座、攻角可调的气动热试验组件、振动试验组件和PLC控制系统；所述攻角可调的气动热试验组件安装在所述振动试验组件上，所述振动试验组件安装在所述底座上；所述PLC控制系统分别与所述攻角可调的气动热试验组件和所述振动试验组件连接。本发明为高速飞行器热防护材料在气动热‑振动耦合环境下的防热及可靠性验证验证提供了有效的地面试验装置。

技术领域

本发明涉及高速飞行器防热结构材料热环境试验技术领域，尤其是涉及一种攻角可调的平板模型气动热-振动联合试验装置。

背景技术

近些年来，高速飞行器已经成为世界各主要航天大国研究的热点，是涉及到国家安全与国防实力的战略性武器，同时也是综合国力的体现。随着飞行器设计马赫数的提高，飞行器面临的气动加热环境越来越恶劣，例如，当高速飞机以马赫数为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℃。然而除了防热问题外，飞行器在工作时还面临着着剧烈的振动环境，且热环境与振动环境的耦合效应日益严重。热-振联合试验就是在这种背景下发展起来的结合了热环境和振动环境对防热材料进行综合环境考核的新的试验方式。

针对高速飞行器不同部位面临的差异性高温服役环境，需要采用不同的热防护材料对飞行器结构进行热防护。例如，飞行器机身大面积采用钛合金等作为其承力结构，为达到防热目的，常在其表面喷涂或粘接复合材料防热涂层，其中防热材料的粘接工艺在高温和振动载荷共同作用下是否安全可靠，是否会导致防热涂层的开裂及剥落关乎到飞行器的飞行安全，此外，某些烧蚀型防热涂层通过表层材料的烧蚀带走热量达到热防护的目的，热-振联合试验可有效考核表面烧蚀后的材料能否及时与内部未烧蚀的部分分离脱落。

现有的热-振联合试验，飞行器的振动环境一般为随机振动，频率范围20-2kHz，热-振联合试验中，使用振动台实现振动载荷的加载，标准振动台及配套的功率放大器一般体积比较大，对电源和工作环境要求比较高，整个安装和拆解比较麻烦，运行噪声也比较大。而热防护材料的考核一般取一小块平板材料，例如100*100mm的试验件。利用现有的试验装置对平板模型进行气动热环境下的振动考核十分不便。

因此，设计一套小型平板模型气动热-振联合试验系统面临非常迫切的需求。

发明内容

为了克服现有热-振联合试验装置的不足，本发明设计了一种攻角可调的平板模型气动热-振动联合试验装置。该装置能模拟气动加热环境且平板模型和来流攻角可调，具有体积小，操作简单，测试效率高，安装和拆卸方便的优点。

本发明提供一种攻角可调的平板模型气动热-振动联合试验装置，包括：底座、攻角可调的气动热试验组件、振动试验组件和PLC控制系统；所述攻角可调的气动热试验组件安装在所述振动试验组件上，所述振动试验组件安装在所述底座上；所述PLC控制系统分别与所述攻角可调的气动热试验组件和所述振动试验组件连接。

进一步，所述攻角可调的气动热试验组件包括：模型固定框、平板模型、水冷框、电弧加热器、筋板、模型固定底板和图像监测装置；所述模型固定框与所述筋板相邻固定在所述模型固定底板上；所述平板模型一侧与所述模型固定框连接，另一侧与所述水冷框连接；所述电弧加热器与所述平板模型连接；所述模型固定底板与所述振动试验组件连接，且所述模型固定底板上开有弧形孔；所述图像监测装置与所述PLC控制系统连接。

进一步，所述电弧加热器的喷管出口为矩形，其出口尺寸与所述平板模型的尺寸相适配。

进一步，所述图像监测装置包括：红外热像仪与高速相机，所述红外热像仪与所述高速相机均设置在所述平板模型靠近所述水冷框一侧，用于对所述平板模型表面温度分布和形貌变化进行实时测量。

进一步，所述图像监测装置包括：红外热像仪与高速相机，所述红外热像仪与所述高速相机均设置在所述平板模型靠近所述水冷框一侧，用于对所述平板模型表面温度分布和形貌变化进行实时测量。