[发明专利]一种非烧蚀热防护材料/结构的电弧风洞试验方法

说明书

本发明公开一种非烧蚀热防护材料/结构的电弧风洞试验考核方法，包括：开展试验状态调试；计算调试得到的来流状态对应的试验件表面的目标温度；开展正式试验；根据正式试验过程中试验件表面温度的测温结果调节设备的运行参数。本发明实现了在试验过程中对来流状态的实时调节和精确控制。

技术领域

本发明涉及热防护材料/结构技术领域。更具体地，涉及一种非烧蚀热防护材料/结构的电弧风洞试验方法。

背景技术

高超声速飞行器热防护材料/结构需要开展地面电弧风洞试验，考核材料/结构的耐高温、抗烧蚀性能。利用如图1所示的电弧风洞试验装置进行电弧风洞试验时，气流经电弧加热流入混合室，在混合室与冷气进行掺混，经特定喷管后，以高温、高速进入试验段，对试验件进行冲刷，并经后端管路(扩压器、冷却器等)进入真空系统，再由真空泵抽出排入大气。

如图2所示，现有的电弧风洞试验方法为：正式试验前，先采用校测模型(与真实模型外形一致，但设计有试验状态测量装置)进行调试，至试验状态(焓值H、热流q、混合室压力P_混或物面压力P_物)满足设计要求，然后记录设备运行参数(电流I、电压U、热气流量m_热、冷气流量m_冷)。正式试验时，根据调试得到设备运行参数进行试验，至试验结束后，分析试验结果。

但是由于电弧风洞试验试验过程中，电极长时运行会出现烧蚀，引起来流状态波动，同一车次来流焓值的波动约5％，不同车次间焓值波动范围约10％，在中低焓值时，该波动会引起试验件表面温度差异约200℃，高焓状态时，上述焓值差异对温度影响更大。此外，为保证喷管能够长时耐受高温气流的作用，需要设计水冷系统，对喷管进行水冷，而水冷系统在对喷管进行冷却的同时，也会带走靠近喷管壁面高温气体的能量，造成来流状态降低。而电极烧蚀引起试验状态的波动及喷管冷却对来流状态的影响，受试验状态、电极使用状态、冷却水流量、温度等多因素影响，目前缺乏有效手段，无法在试验前给出试验状态的偏差。

因此，需要提供一种非烧蚀热防护材料/结构的电弧风洞试验方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非烧蚀热防护材料/结构的电弧风洞试验方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种非烧蚀热防护材料/结构的电弧风洞试验考核方法，包括如下步骤：

开展试验状态调试：根据设计状态，预估设备的运行参数，包括电流I、电压U、热气流量m_热和冷气流量m_冷；将非烧蚀热防护材料/结构作为试验件，采用与试验件尺寸一致但带有热流和压力测量装置的物理模型对预估设备运行条件下的来流状态进行测量，记录调试得到的来流状态并记录对应的设备的运行参数；

计算调试得到的来流状态对应的试验件表面的目标温度：采用试验件的物理模型及物性参数，计算满足设计状态要求的调试得到的来流状态对应的目标温度T_目及调试过程中不同的设备的运行参数对应的物面温度T_物，分析设备的运行参数的变化对试验件表面温度的影响；

开展正式试验：采用正式的试验模型，根据设计要求的试验时间，以开展试验状态调试记录的设备的运行参数开展试验，试验过程中对试验件表面温度进行测量；

根据正式试验过程中试验件表面温度的测温结果调节设备的运行参数：对比试验过程中测量得到的试验件表面温度T_测与计算得到的试验件表面的目标温度T_目，当两者之间的偏差值不满足设计要求时，对设备的运行参数进行调节直至满足设计要求。

优选地，步骤开展试验状态调试中对预估设备运行条件下的来流状态进行测量的测量对象包括：焓值H、热流q和混合室压力P_混，或焓值H、热流q和物面压力P_物。