[发明专利]适用于钝头体再入飞行器的气动热测量方法

说明书

本发明提供一种适用于钝头体再入飞行器的气动热测量方法，用于钝头体再入飞行器侧壁、大底、驻点区域和边界层转捩区的表面热流分布测量，以及迎风面和背风面总加热量测量。本发明的方法包括以下步骤：根据钝头体再入飞行器外形和再入弹道，进行再入飞行器表面气动热载荷仿真分析；根据气动加热热流大小和分布进行传感器的选取和量程确定；依据钝头体再入飞行器气动热测量任务要求进行传感器的配置需求分析；进行传感器布局设计；进行传感器标定和安装。本发明能够获得真实的再入热流载荷，特别是能够提供飞行器表面边界层转捩的实测数据，对当前计算分析模型和地面试验技术方案具有指导意义。

技术领域

本发明涉及飞行器气动热测量技术，具体涉及一种钝头体再入飞行器气动热测量方法，属于飞行器气动测量技术领域。

背景技术

准确掌握钝头体再入飞行器的气动加热特性是再入飞行器防热设计的关键，再入气动加热环境进行高精度预测是开展钝头体再入飞行器热防热系统设计的基础和重要前提。传统的计算仿真方法的模型参数以及可靠性需要验证，而地面风洞气动热试验能力有限，无法复现轨道进\再入飞行的真实飞行环境下高马赫数范围及强对流加热的热物理特征，两种方法对于热环境的精细预测一直是再入飞行器热防护技术难以突破的技术瓶颈。特别是大尺寸钝头体半弹道再入带攻角飞行时，在高空飞行器表面的流动会出现边界层转捩现象，加剧高马赫数飞行条件下表面热流环境，同时增大防热系统的设计难度，目前传统计算方法和地面试验无法准确预测飞行条件下转捩的时机、区域及其他物理特征。借助再入飞行试验，在真实再入热环境下通过气动热测量传感器获得真实的再入热流载荷，提供飞行器表面边界层转捩的实测数据，可修正地面计算分析模型和试验技术方案，将显著提升再入飞行器的防热系统设计的性能和可靠性。因此，利用飞行试验开展再入飞行器气动热测量具有非常重要的理论意义和工程应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于钝头体再入飞行器的气动热测量方法，用于钝头体再入飞行器侧壁、大底、驻点区域和边界层转捩区的表面热流分布测量，以及迎风面和背风面总加热量测量。

本发明所采取的技术方案如下：

一种适用于钝头体再入飞行器的气动热测量方法，用于钝头体再入飞行器侧壁、大底、驻点区域和边界层转捩区的表面热流分布测量，以及迎风面和背风面总加热量测量，包括以下步骤：根据所述钝头体再入飞行器外形和再入弹道，进行所述再入飞行器表面气动热载荷仿真分析；根据气动加热热流大小和分布进行传感器的选取和量程确定；依据所述钝头体再入飞行器气动热测量任务要求进行所述传感器的配置需求分析；进行所述传感器布局设计；进行所述传感器标定和安装。

对于上述适用于钝头体再入飞行器的气动热测量方法，在所述传感器选取步骤中，选用热流密度传感器对所述侧壁进行测量，采用分层温度传感器测量飞行过程中所述大底材料不同深度处的温度信号。

对于上述适用于钝头体再入飞行器的气动热测量方法，其中，所述钝头体再入飞行器气动热测量的任务要求分为：(1)飞行器表面热流分布测量；(2)飞行器驻点区域热流密度测量；(3)飞行器转捩区域热流密度测量；(4)飞行器背风面不同位置总加热量测量；(5)飞行器迎风面不同位置总加热量测量；依据所述任务要求进行所述传感器配置需求分析，所述侧壁采用具有固定外形的热流密度传感器，所述大底采用分层温度传感器。

对于上述适用于钝头体再入飞行器的气动热测量方法，在所述传感器布局设计步骤中，在所述侧壁上安装所述热流密度传感器时优先布局于靠近所述大底的区域；在所述大底上安装所述分层温度传感器时优先布局于所述迎风面靠近所述驻点区域的区域；在所述边界层转捩区安装所述侧壁和所述大底边界层转捩区热流密度传感器和所述分层温度传感器时优先布局于所述边界层转捩区梯度方向。