[发明专利]空天飞机测试实验的全方程热流密度测控系统及测控方法

说明书

本发明提供了空天飞机测试实验的全方程热流密度测控系统及测控方法，涉及飞机测试技术领域。系统包括极端热场生成装置、热参量测量装置、试验控制装置、电功率调节装置，方法包括以下步骤：S1、构建试验控制方程；S2、确立试验控制方程的使能系数和辐射系数；S3、基于试验控制方程测控试验飞机热强度试验；S4、基于热流密度控制目标值对热流密度测控系统进行闭环控制；S5、试验飞机热强度试验安全控制。本发明解决了现有的空天飞机热强度测试中的热强度试验对于热流条件的计算与飞机真实飞行状态下的热流条件存在偏差的问题，具有计算精确、模拟真实的优点。

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实验的全方程热流密度测控系统及测控方法。

背景技术

飞机热强度测试中，需进行地面热强度模拟试验，在该试验进行时，往往需要通过划分多个温区来模拟飞机不同结构的热场分布，而多个温区间通常会存在耦合干扰现象，同时由于飞机本身的高速机动性能，其地面模拟试验系统需要具备快速时变的特点。

热流密度作为试验飞机热强度试验需要模拟的重要物理参数，其准确程度直接决定了地面热强度模拟试验的精度和效果，而地面热强度模拟试验中热流密度施加条件的确定通常需要经过理论分析计算得出。

在进行理论分析时缺少被测试飞机在真实情况下的响应状态，因此会与飞机真实飞行状态下的热流条件存在偏差，影响了实际地面热强度模拟试验中的热流密度控制精度。

因此，亟需一种热流密度测控系统及方法克服或减轻现有技术至少一个上述缺陷。

发明内容

本发明解决的技术问题是：现有的空天飞机热强度测试中的热强度试验对于热流条件的计算与飞机真实飞行状态下的热流条件存在偏差。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

空天飞机测试实验的全方程热流密度测控系统，包括：

用于生成快速时变热载荷极端热场的极端热场生成装置，

用于测量极端热场中真实热流密度和试验飞机真实温度响应的热参量测量装置，

用于完成试验飞机热强度试验控制运算和系统硬件控制的试验控制装置，试验控制装置与极端热场生成装置、热参量测量装置电性连接，试验控制装置基于试验控制方程完成试验飞机热强度试验控制运算，试验控制方程为：

式中，为使能系数，为辐射系数，为不考虑试验飞机响应状态的热流命令值，为温度焓值，，为试验飞机温度，为试验飞机热损失量，为试验飞机的恢复焓值，为热流密度控制目标值，

用于将交流电转换成直流电、同时对控制信号进行放大的电功率调节装置，电功率调节装置与试验控制装置、极端热场生成装置电性连接。

进一步地，热参量测量装置包括：布设在极端热场内的热流计、布设在热参量测量装置表面及试验飞机表面的温度传感器，热流计、温度传感器与试验控制装置电性连接，热参量测量装置能够保证在试验飞机热强度试验中，实时获取极端热场内的热流密度和实验飞机表面温度，为试验控制方程提供数据支持。

本发明还提供空天飞机测试实验的全方程热流密度测控方法，基于上述的空天飞机测试实验的全方程热流密度测控系统，包括以下步骤：

S1、构建试验控制方程

根据气动加热原理建立地面热强度模拟试验的试验控制方程，试验控制方程为：

式中，为使能系数，为辐射系数，为不考虑试验飞机响应状态的热流命令值，为温度焓值，，为试验飞机温度，为试验飞机热损失量，为试验飞机的恢复焓值，为热流密度控制目标值；

S2、确立试验控制方程的使能系数和辐射系数