[发明专利]一种石英灯辐射加热试验热损失标定方法及标定装置

说明书

本发明属于飞机结构热强度试验技术领域，特别涉及采用热流密度控制方法进行热试验时的热损失标定方法。本发明提出了石英灯辐射加热试验热损失标定温度控制方法、试验安装参数以及数据插值方法，从而建立石英灯辐射加热试验热损失标定方法。本发明提供的热损失标定方法规范、可靠，能够有效获取石英灯辐射加热试验热损失值，满足1000℃以上高温热强度试验需求。

技术领域

本发明属于飞机结构热强度试验技术领域，特别涉及采用热流密度控制方法进行热试验时的热损失标定方法。

背景技术

高超音速飞行器在大气层中飞行时，气动热问题尤为严重。结构热试验基于能量一致的原则，通过在地面等效模拟飞行热环境和气动载荷而获得结构热响应，是研究高超声速飞行器结构热问题的必要手段。

采用石英灯辐射加热模拟热环境是目前最普遍采用的结构热试验方法。石英灯辐射加热具有热惯性小、短时超载能力强、加热面积、温度范围的适应能力强、能够保证结构自由变形等特性，能够真实地复现气动加热的能量交换过程。石英灯辐射加热通过传感器实时采集试验件表面吸收的热流密度或者温度数据，与给定值进行比较运算，调节石英灯两端的电压，实现加热自动控制。

当采用石英灯辐射加热模拟气动热时，为了提高加热效率，通常对试验件表面进行涂黑处理，以增加表面吸收辐射热的能力。根据基尔霍夫定律，在热平衡条件下，物体的吸收率和辐射率相等，故在增加吸收能力的同时也增加了对外辐射的能力，从而增加了试验件的辐射热损失。此外，在地面环境条件下结构表面与外界空气之间会发生对流换热，从而产生对流换热损失。当采用热流密度控制方法开展热试验时，为了保证试验时加载到试验件上热流值的准确性，需要在控制方程中补偿这两项热损失值，确保试验件实际吸收热流按照给定热流曲线控制。

在当前技术条件下，由于通过理论计算很难获取石英灯辐射加热试验过程中辐射热损失和对流热损失；因此，通常将这两项热损失统一视为在地面环境下结构表面由于升温所引起的附加热损失，通过热损失标定试验获取热损失值。

热损失标定试验精度与其他地面热试验类似，受诸多因素影响，如标定试验控制方法、热场模拟品质、安装工艺等。随着高速飞行器的不断研制，促使结构热试验向更高水平、更高精度发展，而热损失标定试验作为基于热流密度控热试验不可或缺的环节，必然向高精度、标准化、规范化方向前进。所以，建立一套完善规范的热损失测定方法，对于结构热试验水平的提高具有重要的科学价值和应用背景。

发明内容

发明目的：提供一种规范标准的石英灯辐射加热试验热损失标定方法，能够有效获取石英灯辐射加热试验的热损失值。

本发明的技术方案：一方面，提供一种石英灯辐射加热试验热损失标定方法，所述方法包括：

设计、加工标定试验件；所述标定试验件采用与正式试验件外形和尺寸相同、表面状况相似、发射率一致的金属模拟件；标定试验件表面进行涂黑处理；所述正式试验件为飞机结构件；

根据正式试验件在石英灯辐射加热试验中的热载荷要求，确定热损失标定温度点；

根据正式试验件在石英灯辐射加热试验中的温区划分要求，对应地将标定试验件划分多个温区，在每个温区外表面的中心区域布置热电偶，以作为控温热电偶；

安装标定试验件，使标定试验件的安装状态与正式试验件在石英灯辐射加热试验中的安装状态一致；

安装热流计，使热流计的安装状态与正式试验件在石英灯辐射加热试验中热流计的安装状态一致；

标定试验：将石英灯、标定试验件及热流计所处的环境与周围的环境进行隔热处理；采用恒温标定方法，利用石英灯将标定试验件的加热面缓慢升温至标定温度点后保温，当标定试验件背面温度值达到稳态后，热流计测试得到的热流值即为该温度点对应的热损失值；按照恒温标定方法进行相同的标定试验至少3次，至少3次试验的平均值即为该温度点对应的最终热损失值。