[发明专利]一种气动热模拟试验中冷壁热流转换为热壁热流的方法

摘要

本发明提供一种气动热模拟试验中冷壁热流转换为热壁热流的方法，首先根据冷壁热流边界条件计算出金属薄板表面的温度变化曲线，然后再对金属薄板试验件按照计算出的温度曲线实施加热，同时记录下该温度条件下与金属薄板处于同一平面处的热流传感器表面的热壁热流曲线，即通过理论计算与试验测试相结合的复合方法，最终获得冷壁热流边界条件所对应的难于由计算确定的热壁热流边界条件，为高速飞行器辐射式气动热模拟试验提供一种可实际应用的热壁热流确定方法。

主权项

一种气动热模拟试验中冷壁热流转换为热壁热流的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤a:综合考虑金属薄板的材质、平面尺寸与厚度之间的关系，选择金属薄板，使金属薄板近似为二维平面试验件，要能耐上千度的高温，在加热过程中不产生大的平面翘曲变形，并通过试验予以确认；步骤b：将冷壁热流作用在金属薄板受热面上，并确定金属薄板的初始温度条件以及散热面与外部环境之间的对流换热与辐射换热的边界条件，得到金属薄板受热面的“冷壁热流‑时间”变化曲线；然后根据金属薄板受热面的“冷壁热流‑时间”变化曲线、通过非稳态导热微分方程计算出金属薄板前表面的“温度‑时间”变化曲线，并将金属薄板前表面的“温度‑时间”变化曲线数据存入计算机，作为热控制程序的预设值；步骤c：利用由步骤a确定的材质、厚度及平面尺寸的金属薄板作为试验件，对金属薄板按照步骤b计算出的“温度‑时间”变化曲线控制加热，金属薄板的前表面焊接有测温用的热电偶传感器，热控制系统对金属薄板加热，同时对金属薄板前表面温度进行实时测量，将测量温度数据作为反馈值，与上述计算出来的相应时刻的预设值进行比较，获得偏差量后经计算机运算得到控制调节量，通过可控硅调节器实时调整石英灯红外辐射阵列上的工作电压，模拟预设的金属薄板表面的“温度‑时间”热环境；步骤d：将热流传感器安装在金属薄板的近旁，并使热流传感器的前表面与金属薄板的前表面处于同一平面上，保证在加热过程中到达金属薄板前表面的热壁热流值和到达热流传感器前表面的热流值大小一致；使用石英灯红外辐射阵列按照由冷壁热流计算出的金属薄板表面温度曲线对金属板进行加热，并由热流传感器实时记录下到达金属薄板前表面的热壁热流的动态变化过程，将其作为热壁热流边界条件；步骤e：将由热流传感器测量记录下的金属薄板表面的“热壁热流‑时间”关系数据输入计算机，作为热流边界条件加热控制程序的预设值；步骤f：使用热控系统对非金属材料或表面附有烧蚀防热涂层的真实试验件按照上述由“冷壁热流”→“温度”→“热壁热流”转换得到的热壁热流边界条件进行辐射加热试验。