[实用新型]高超声速飞行器翼舵结构1400℃高温模态试验测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及高超声速飞行器翼舵结构1400℃高温模态试验测量装置，特别是在高超声速飞行器结构气动热模拟试验时，能测取高至1400℃热环境下复合材料翼舵结构振动时其高温模态的动态变化规律，为高速导弹和远程战略机动打击武器等高超声速飞行器翼舵结构在高速、高温热振耦合环境下的安全和可靠性设计提供重要的试验依据。

背景技术

随着航天航空技术的发展，远程机动飞行器的设计飞行速度在不断提高。同时现代战争对飞行器的高速、高精度、高机动性的作战性能要求，引发世界各国竞相开展高超声速飞行器的研制工作。从运动速度而言，当飞行器速度超过5倍声速时(即马赫数大于5)，一般称为高超声速飞行器。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。步入21世纪以来，由于具有极其重要的军事应用价值和重大的战略意义，高超声速飞行器已经成为世界各主要航天大国研究的热点。例如，美国航空航天局(NASA)投入巨额经费研究开发速度为音速10-15倍的极超音速飞机；俄罗斯目前在着力研究发展马赫数达14的具有超“领空”打击能力的空天飞机；法国国防部计划研制马赫数达12的高超音速机动飞行器；日本已在进行马赫数为10的高超声速飞行器的实验飞行。在各国竞相开展高超声速飞行器研制的大背景下，我国也在努力开展如国家自然科学基金项目指南中阐述的高超声速远程机动飞行器的研究，国家自然科学基金指南中指出该研究涉及国家安全和和平利用空间，是目前国际竞相争夺空间技术的焦点之一，是综合国力的体现。21世纪初，党和国家领导集体做出了开展高超声速飞行器的技术和应用研究的决策，对提高综合国力，推动中华民族伟大复兴事业将产生深远影响。

以高马赫数飞行时，由气动加热引起的“热障”问题非常严重。当高超声速飞行器以6-10个马赫数高速飞行时，其机翼、方向舵、垂尾等大部分区域的温度范围将达到800℃-1400℃之间。如此极端恶劣的高温热环境，使得高超声速飞行器材料和结构的热强度问题成为事关研制成败的重要关键问题之一。并且高速飞行时翼舵结构表面会产生高速率的温度变化，使结构内部形成比较大的温度梯度，产生附加热应力，这会引起结构刚度发生变化，从而改变翼舵结构的模态特性，进而对高速飞行器的颤振特性、控制特性产生影响。因此必须对高超声速飞行器翼舵结构进行进行高温模态试验，模拟飞行过程中的高温热环境与振动环境，在力热耦合条件下对高超声速飞行器翼舵结构的振动特性进行试验测试，获得部件热模态等参数随温度不同发生变化的规律，该项工作对高超声速飞行器速的可靠性设计和安全飞行具有极为重要的意义。

目前高超声速飞行器翼舵面结构采用了使用温度大于1400℃的新型耐高温复合材料制作，当测量该翼舵结构的高温模态时，需要在翼舵结构的多个截面处安装加速度传感器，通过测取到的动态振动信号得到结构各阶高温模态的变化规律。在一般情况下，当温度大于600℃-700℃时，即便采用高温合金或钛合金等耐高温金属材料，在也会出现软化、变形增大、强度和刚度下降的现象，如金属铜的熔点为1080℃，45号钢的熔点为1350℃，而处于1400℃极端高温环境下的测量用加速度传感器和传力金属联接件不但会出现高温软化，甚至会被融化失效。高超声速飞行器设计部门迫切希望能够实现在高达1400℃的极端热环境下，对翼舵结构的高温模态进行试验研究，该项工作对高超声速远程机动飞行器的研制与安全设计具有非常重要的现实意义。但目前尚未有能在如此高温下(1400℃)进行热模态试验的相关的研究报道。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种高超声速飞行器翼舵结构在1400℃极端高温环境下的模态试验测量装置，该装置能够将高温模态试验温度提高到1400℃(超过了金属铜和45#钢的熔点)，同时测取在该极端热环境下复合材料翼舵结构剧烈振动时其高温模态的动态变化规律，为远程战略机动打击武器、高速导弹的翼舵结构在高温热-力耦合振动环境下的安全性和可靠性设计提供重要的试验依据。