[发明专利]导弹高温气动热试验弹体前表面温度的非接触式红外测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及导弹高温气动热试验弹体前表面温度的非接触式红外测量装置。

背景技术

出于突防、反导、高空高速侦察等方面的需要，导弹等飞行器的飞行速度越来越快，飞行马赫马赫数为8-9的高超音速巡航导弹弹翼前缘温度将超过1200℃，由于钛合金和高温合金等金属材料在超过800℃时其变形量明显增大，金属外壳的变形会严重影响导弹弹体的气动外形和飞行轨迹。解决这一问题的新的发展方向为采用高温下变形量较小的高温陶瓷或碳纤维复合材料作为导弹弹头或战斗部的外壳材料。导弹高速飞行时，其壳体外表面温度的动态变化量是研究壳体材料是否能抵抗高速飞行时的高温瞬态热冲击的关键参数，测量与记录在高速热流场中，导弹外表面温度的瞬变过程的工作，对于导弹飞行器的热防护与安全设计具有非常重要的实际意义。

使用测温传感器热电偶测量导弹表面温度时，测温传感器热电偶须焊接或粘接在导弹壳体表面。由于高温陶瓷和碳纤维复合材料导弹外壳是由非金属材料制成，不能像金属材料那样能将测温热电偶直接点焊在壳体表面上。而是要将测温热电偶粘接在非金属材料壳体表面上，由于粘接层覆盖在测温热电偶的前端感温部上，并且粘接层具有一定的厚度，影响热传导速度，测温热电偶不能立即反应出壳体表面温度的急速变化。另外，金属材料的测温传感器与非金属材料的高温陶瓷和碳纤维复合材料导弹外壳的热膨胀系数相差很大，在受到高温时，因膨胀量的巨大差异，若采用粘接方式，高温热冲击试验中经常出现测温传感器与非金属碳纤维复合材料外壳脱胶分离的情况，以至造成表面温度测量不准确的情况。

高温陶瓷和碳纤维复合材料导弹弹头或战斗部外壳的价格非常昂贵，在上千度的高温条件下，由于存在热烧蚀、热变形和热损坏，对同一导弹外壳往往不能重复进行多次高温试验，每次试验得到的测试数据都极为宝贵。因此，必须设计使用新的非接触式温度测量方式，来测量与记录导弹高温热冲击试验过程中，高温陶瓷或碳纤维复合材料等非金属材料导弹外壳表面温度场的高速变化情况。

非接触式红外测温方式通过红外瞄准镜头接收物体表面发射的红外光波，可以测量高达至3000℃的温度环境。由于不与被测物体直接接触，能够避免高温条件下粘接测温热电偶与试验件表面脱胶分离造成的试验失败。但是，在进行导弹外壳高温气动热模拟试验时，由密集排列的红外辐射热源阵列给导弹外壳前表面加热，而红外辐射热源阵列的温度要高于被加热的导弹外壳前表面的温度。若要使用非接触式红外测温仪器测量导弹外壳前表面的温度，由于在导弹外壳前表面和红外测温仪的光学镜头之间隔着温度更高的红外辐射热源阵列，导弹外壳前表面发出的红外信号被温度更高的红外辐射热源阵列信号干扰或遮蔽，此时非接触式红外测温仪器接收的不是单纯的导弹外壳前表面发出的红外光线，造成非接触式红外测温装置测不准导弹外壳前表面温度的结果。要想将非接触式红外测量应用于导弹气动热模拟试验弹体前表面温度的测量，就必须设法解决试验中导弹外壳前表面红外光波能够直接传递到测温镜头这一的关键问题。

在导弹高温热辐射试验中为了使弹体前表面温度场分布均匀，弹体外围的红外辐射热源阵列需要密集排列，发热元件之间的间距很小。而非接触式红外测温的光线接收镜头的直径较大，一般有20mm-50mm粗。若将密集排列红外辐射热源阵列空出一个大的通光区域，势必会影响到被辐射的弹体前表面温度场的均匀性。因此，新设计的水冷式弹体前表面红外光线抗混叠引导装置的前端在穿过红外辐射热源阵列时的尺寸要尽量小，以保证其红外辐射热源阵列不出现大的空缺，保证被辐射的弹体前表面温度场的均匀性。同时红外光线抗混叠引导装置的穿过红外辐射热源阵列的部位要能抗受并隔离红外辐射热源阵列发出的1300℃-1500℃的高温。

但目前国内外尚未发现有相关技术的报道。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种确定导弹气动热模拟试验弹体前表面温度的非接触式红外测量装置，该装置能够使弹体前表面温度发出的红外光波穿过温度更高的高达1300℃-1500℃的高温辐射加热区域，直接达到非接触式红外测温仪的接收镜头，避免比弹体温度更高的红外辐射热源阵列光场对导弹前表面发出的红外光线造成混叠干扰，使红外测温仪能够对弹导弹壳体前表面的高温动态变化进行测量。