[发明专利]一种飞行器控制舵尖化前缘主动式热疏导试验系统及方法

摘要

本发明涉及一种飞行器控制舵尖化前缘主动式热疏导试验系统及方法，尤其是针对钠钾合金工质的飞行器控制舵尖化前缘主动式热疏导试验系统及方法，属于飞行器控制舵的热防护技术领域。该系统包括加热器、温度测量系统、温度控制系统、风冷降温设备和电源。利用该飞行器控制舵尖化前缘主动式热疏导试验系统及方法成功开展了基于钠钾合金工质的飞行器控制舵尖化前缘主动式热疏导性能考核试验，解决了特殊气动外形产品的长时间高温、高热流持续稳定加载问题。该系统和方法可推广至各类工质、各种外形的主动式热疏导产品性能考核试验，具有较好的通用性。

主权项

1.一种飞行器控制舵尖化前缘主动式热疏导试验系统，所述的飞行器控制舵尖化前缘主动式热疏导的试验模型包括吸热段和散热段，其特征在于：该系统包括加热器、温度测量系统、温度控制系统、风冷降温设备和电源；所述的加热器用于对试验模型进行加热；所述的温度测量系统用于对试验模型进行温度测量；所述的温度控制系统用于对试验模型进行温度控制；所述的风冷降温设备用于对试验模型进行降温；所述的电源用于对加热器提供实时电压；所述的加热器为仿形石英灯加热器，加热器包括灯阵、水冷反光板和底板；底板的内表面形状与试验模型的吸热段的外形相匹配，灯阵嵌入到底板的内表面，水冷反光板嵌入到底板的外表面；当电源的额定功率为100kW时，当灯阵中灯管的排列间距为1‑2mm，同时水冷反光板与灯阵的间距为3‑5mm时，试验模型上吸热段的尖前缘中心位置处的热流密度的加载能力不低于1000kW/m²，试验模型上吸热段的尖前缘中心位置处的温度的加载能力不低于1500℃；当电源的额定功率为100kW时，当灯阵中灯管的排列间距为3‑5mm，同时水冷反光板与灯阵的间距为6‑9mm时，试验模型上吸热段的尖前缘中心位置处的热流密度的加载能力不低于750kW/m²，试验模型上吸热段的尖前缘中心位置处的温度的加载能力不低于1100℃；所述的灯阵中灯管的排列间距d以及水冷反光板与灯阵的间距h的确定方法为：利用石英灯阵的热辐射与试验模型各受热面间的辐射换热量计算方法，其中参数Ai、Ti、εi、αi和ρi分别为各个表面的面积、温度、黑度、吸收率和反射率；为建立石英灯阵辐射到试验模型的计算模型，假定石英灯丝温度均匀，石英玻璃透过率为100％，即忽略对辐射热的吸收，各表面为漫射‑灰表面，有效辐射J和投射辐射G都是均匀的，当空腔中各个表面进行辐射换热时，其有效辐射为本身辐射及反辐射之和，即：J_i＝E_i+ρ_iG_i＝ε_iE_bi+(1‑α_i)G_i  (1)i表面与空腔中其它表面间的辐射换热量，即它净得的或净失去的热流量Фi，应等于该表面在单位时间内收、支辐射能的差额，表示为：φ_i＝A_i(J_i‑G_i)  (2)式中，投射辐射Gi由前面的有效辐射Ji表达式解得，即：G_i＝(J_i‑εE_bi)/(1‑ε_i)  (3)因此式(4)为计算一个表面净辐射换热量提供了一个公式，计算值为正时，净辐射热流从该表面传出，反之则传入该表面；G为i表面的总投射辐射，它等于系统内所有n个表面对i表面的辐射之和，即：因此对于此式，应用关系式A_iF_i‑j＝A_iF_j‑i消去Ai，得到下式：对于由n个表面构成的封闭系统，得到下列n个方程的方程组：式(7)可以整理成矩阵的形式：得到各表面的有效辐射J₁、J₂、J₃、···、J_n，i表面与系统内各表面的净辐射换热量，根据式(2)和式(4)得：