[发明专利]一种火焰加热式热噪声复合环境试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及力热复合环境试验装置，属于飞行器结构强度与环境评估技术领域，用于在地面模拟飞行器巡航或再入过程中面临的热噪声复合环境。

背景技术

高马赫数飞行器、可重复使用运载器等在巡航和再入过程中经受着严酷的气动热、噪声等复合环境，如由推进系统/边界层产生的高声强噪声，局部区域超过170dB，由于在大气层中长时间巡航，大面积热防护系统温度超过1000℃，局部温度可达2000℃以上。在高声强噪声长时间作用下，飞行器结构会发生疲劳破坏。气动热环境改变了飞行器结构的热物理参数和力学性能，非均匀温度场产生热应力将影响结构刚度，引发结构发生屈曲，与噪声共同作用下，加快了飞行器结构的热噪声疲劳破坏。高超声速飞行器的金属热防护系统、防热瓦结构、翼舵结构等在优化设计和性能考核中，均需开展热环境温度超过1000℃的热噪声复合环境验证试验。

针对单一噪声环境和热环境模拟设备方面，国内相关研究较多。其中单一噪声环境的地面模拟设备主要有混响室和行波管。混响室噪声装置主要用于模拟混响声场，用于仪器舱段的声传递试验。行波管噪声装置用于模拟行波声场，主要用于飞行器壁板结构的动强度评估、机载设备耐声功能试验和耐声疲劳试验。对于单一热环境的模拟，目前主要是采用石英灯为基本加热元件的辐射加热方法。

国内有关热噪声复合环境试验装置的报道较少，国外已有的热噪声复合环境试验设备，多采用行波管噪声装置模拟噪声载荷，采用石英灯辐射加热器模拟热环境，石英灯加热器和试验件分别安装在行波管试验段相对的两个侧壁上。热噪声复合环境试验中当采用石英灯加热器作为加热装置存在加热能力不足和加热能力下降的问题，具体表现在：石英灯加热器与试验件的距离超过30cm，远大于静热试验中加热器与试验件的距离，导致石英灯加热效率比静热试验时降低70%以上，使得试验件的加热温度一般低于1000℃；在强噪声作用下，石英灯加热器会发生灯壁破裂以及灯丝折断等现象，导致加热能力进一步降低，试验件温度无法保持恒定；此外，石英灯加热器是高耗能设备，对试验场地供电能力要求较高，导致试验实施的难度较大。

针对高马赫数飞行器结构对热噪声复合环境验证试验的需求，本发明提供了一种火焰加热式热噪声复合环境模拟的试验装置，它解决了热噪声复合环境试验中石英灯加热能力不足和加热能力下降的技术难题，可实现飞行器结构表面热环境超过1000℃的热噪声复合环境的同时模拟，为飞行器结构热噪声复合环境下的结构可靠性评估提供了一种试验考核手段。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种火焰加热式热噪声复合环境试验装置，它解决在热噪声复合环境试验中石英灯加热器加热能力不足和加热能力下降的技术难题，为飞行器结构热噪声复合环境下的结构可靠性评估提供了一种考核手段。

本发明的一种火焰式热噪声复合环境试验装置，包含行波管噪声装置、噪声测试系统和热试验装置，用于对被试件进行热噪声复合环境试验，其中，热试验装置为火焰式加热。

如上所述的火焰式热噪声复合环境试验装置，其中，使用甲烷和氧气产生火焰。

如上所述的火焰式热噪声复合环境试验装置，其中，所述热试验装置包含：燃气储存系统、火焰管路系统、火焰加热枪、火焰控制系统、火焰监测器、火焰加热枪安装板、温度测试系统；火焰加热枪通过火焰加热枪安装板安装在行波管侧壁上，并伸入到行波管内部，针对火焰加热枪，在上气流方向和下气流方向布置2个火焰监测器；在火焰控制系统的控制下，由燃气储存系统通过火焰管路系统向火焰加热枪提供甲烷和氧气气体；所述的温度测试系统包含温度传感器和信号调理器，测试被试件的温度，并将测试信息输出到火焰控制系统，用于控制火焰的大小。

如上所述的火焰式热噪声复合环境试验装置，其中，所述火焰式热噪声复合环境试验装置包含9个加热枪，加热枪采用3×3阵列进行排布，对试验件进行加热。

如上所述的火焰式热噪声复合环境试验装置，其中，所述的火焰管路系统分别包含9路甲烷管路和9路氧气管路，每个加热枪分别与单独的甲烷管路和氧气管路相连；所述的火焰控制系统，包含18路控制线路，每个线路独立控制1路甲烷管路或者1路氧气管路。

如上所述的火焰式热噪声复合环境试验装置，其中，所述温度测试系统采用红外点温仪进行测试。

如上所述的火焰式热噪声复合环境试验装置，其中，所述火焰检测器的前端包含防风罩，火焰检测器对燃烧火焰进行连续检测。

如上所述的火焰式热噪声复合环境试验装置，其中，在所述的行波管内侧，在试验段铺有刚性防热层。