[发明专利]空天飞机测试用复杂曲面结构极端高温热强度实验系统

说明书

本发明涉及飞机测试技术领域，具体是涉及空天飞机测试用复杂曲面结构极端高温热强度实验系统，包括微氧环境控制系统，设置在微氧环境控制系统内用于加热飞机曲面部件的多温区极端高温加热装置，设置在微氧环境控制系统内用于向飞机曲面部件施加载荷的加载装置；多温区极端高温加热装置包括设置在所述气体密封舱体内的控制连接架，设置在控制连接架上的高反射率加热罩，设置在高反射率加热罩内壁上的辐射加热装置，以及设置在高反射率加热罩外壁上的降温装置；本装置可以使飞机曲面部件进入温变速度快、温度峰值高的极端热场环境，实现对飞行器在高空中超高速飞行状态下热场变化的真实模拟。

技术领域

本发明涉及飞机测试技术领域，具体是涉及空天飞机测试用复杂曲面结构极端高温热强度实验系统。

背景技术

当空天飞机在大气层中以高超声速飞行时，其结构表面受到严酷的气动加热作用，气动加热温度峰值高、温变速率大、热场极其复杂，使得空天飞机强度测试中的结构热强度实验和评估极具挑战；面对局部温度超过1800℃、温变超过200℃/s的复杂曲面温度和热流场分布，现有的传统实验技术难以同时满足其实验模拟要求。

现有技术采用钨合金和硅钼材料实现了超过1800℃的峰值加热能力，但是发热材料极大的热惯性导致该技术仅停留在静态加热或准静态加热层面，无法满足200℃/s的温变速率；石英灯和模块化石英灯加热技术热惯性小，可以满足200℃/s的温变速率，但是受限于灯丝线密度门槛，其极限加热能力停留在1500℃；超高温燃气和电弧风洞满足温度加热峰值1800℃和快速温变速率超过200℃/s的加热需求，但是难以满足复杂曲面分布的热流场和温度场分布，对于大尺寸结构极端高温热强度实验更是无能为力。

因此，急需开发大梯度快时变极端高温环境复杂曲面结构热强度实验装置，为空天飞机的热强度测试提供地面实验技术支撑。

发明内容

本发明解决的技术问题是：现有技术所提供的设备不能对复杂曲面提供温度超过1800℃、温变超过200℃/s的加热能力，从而使复杂曲面进入温变速度快、温度峰值高的极端热场环境，实现对飞行器在高空中超高速飞行状态下曲面部件表面热场变化的真实模拟。

本发明的技术方案是：空天飞机测试用复杂曲面结构极端高温热强度实验系统，包括微氧环境控制系统，设置在所述微氧环境控制系统内用于加热飞机曲面部件的多温区极端高温加热装置，设置在所述微氧环境控制系统内用于向飞机曲面部件施加载荷的加载装置；

所述微氧环境控制系统包括气体密封舱体，与气体密封舱体连通的保护气体输入装置，设置在所述气体密封舱体内的氧含量监测系统，以及设置在所述气体密封舱体上的气体泄压阀门；

所述多温区极端高温加热装置包括设置在所述气体密封舱体内的控制连接架，设置在所述控制连接架上的高反射率加热罩，设置在所述高反射率加热罩内壁上的辐射加热装置，以及设置在所述高反射率加热罩外壁上的降温装置；

所述高反射率加热罩包括多个设置在所述控制连接架上的模块化加热单元；

所述模块化加热单元为金属板；金属板通过边部的相互拼接成高反射率加热罩；

位于高反射率加热罩内壁的金属板表面为镜面；位于高反射率加热罩外壁的金属板表面设置有冷却凹槽；所述金属板上设置有两个贯穿的安装孔；

所述辐射加热装置包括多个且分别对应设置在模块化加热单元内壁的发热板，一端贯穿所述安装孔与发热板连接的耐高温大电流复合电极；

所述加载装置包括固定在所述气体密封舱体内且位于高反射率加热罩上方的安装支撑框架，设置在所述安装支撑框架上的方向稳定装置，设置在所述方向稳定装置上的伸缩作动器，一端与所述伸缩作动器的伸缩端连接、另一端依次贯穿模块化加热单元与发热板的加载杆，以及设置在所述加载杆上且能够与飞机曲面部件接触的加载头。