[实用新型]一种带攻角端头烧蚀外形试验装置

说明书

本实用新型公开了一种带攻角端头烧蚀外形试验装置，包括：电弧加热器、混合室、超声速喷管、试验模型、变攻角装置、摄像测温装置和支架；电弧加热器、混合室和超声速喷管依次连接；变攻角装置安装在支架上；试验模型安装在变攻角装置上，位于超声速喷管出口端；摄像测温装置设置在拍摄到试验模型的位置处。本实用新型旨在满足带攻角烧蚀外形试验模拟需求。

技术领域

本实用新型属于飞行器地面模拟气动热试验技术领域，尤其涉及一种带攻角端头烧蚀外形试验装置。

背景技术

高超声速飞行器再入过程中，飞行器端头热环境非常严峻，端头外形由于烧蚀现象变化极为剧烈，对飞行器的气动特性及运动控制特性产生极其重要影响。传统的惯性弹道再入飞行器多采用自旋稳定的控制方法，在弹道飞行中常采用小攻角再入，且在自旋作用下，飞行器表面的烧蚀形貌比较均匀。新型飞行器的再入弹道正在向多样化发展，采用大攻角的机动变轨、滑翔、巡航等多种弹道，更加有利于突防。

新型高超声速飞行器弹道的显著特点为长时间带攻角自控制飞行，在带攻角飞行过程中，飞行器本身没有自旋，其迎风面与背风面烧蚀外形变化的不同步严重影响飞行器的气动特性和控制性能，甚至威胁到整个飞行器的安全性和稳定性。

边界层转捩严重影响飞行器烧蚀外形变化过程和最终外形，包括模型攻角、壁面温度、壁面粗糙度、边界层外缘马赫数、来流单位雷诺数及速度梯度、压力梯度等在内的十多种潜在影响因素。飞行器外形的不断变化使得边界层转捩问题非常复杂，所以至今尚未形成完整的理论体系，尤其缺乏攻角对端头烧蚀外形的影响研究。

电弧加热器作为气动热防护地面模拟试验研究的主力设备，在电弧加热流场中进行带攻角烧蚀外形试验研究和边界层转捩的研究相对较少，因此如何在地面试验过程中充分复现带攻角端头经历的热环境，进一步掌握迎风面和背风面热环境的差异，为端头防热设计提供迎风面和背风面的烧蚀外形试验数据，对于飞行器防热精准化设计有着重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种带攻角端头烧蚀外形试验装置，可满足带攻角烧蚀外形试验模拟需求。

为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种带攻角端头烧蚀外形试验装置，包括：电弧加热器、混合室、超声速喷管、试验模型、变攻角装置、摄像测温装置和支架；

电弧加热器、混合室和超声速喷管依次连接；

变攻角装置安装在支架上；

试验模型安装在变攻角装置上，位于超声速喷管出口端；

摄像测温装置设置在拍摄到试验模型的位置处。

在上述带攻角端头烧蚀外形试验装置中，变攻角装置，包括：水冷模型装置、模型支撑固定装置和气动攻角送进装置；其中，气动攻角送进装置，包括：控制器、步进电机、万向节、气缸和推杆；

试验模型通过螺纹与水冷模型装置连接；

水冷模型装置一端为圆弧形凸起，模型支撑固定装置上设置有圆弧形凹槽；水冷模型装置安装在模型支撑固定装置上，水冷模型装置的圆弧形凸起位于模型支撑固定装置的圆弧形凹槽内，圆弧形凸起与圆弧形凹槽之间设置有万向节，形成转动副；

模型支撑固定装置通过支架固定在地面上；

控制器与步进电机连接，步进电机与气缸连接，气缸与推杆连接；其中，试验时，控制器控制步进电机工作，带动气缸做功，推动推杆运动，推杆推动水冷模型装置绕模型支撑固定装置的转动，进而实现对试验模型的攻角调节，使试验模型满足不同攻角的烧蚀外形试验模拟需求；当试验模型的攻角调节到位后，万向节锁定，以支撑水冷模型装置和试验模型，确保整个装置在整个试验加热过程中的稳定。

在上述带攻角端头烧蚀外形试验装置中，水冷模型装置通过高压水冷却，起到对试验模型冷却保护的作用。