一種輻射式加熱器熱流密度傳遞方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輻射式加熱器熱流密度傳遞方法，其過程如下：先根據(jù)熱流密度選取標(biāo)定件，再在標(biāo)定件正面粘貼熱電偶，并在標(biāo)定件和結(jié)構(gòu)件上噴涂相同材料和厚度的涂料，然后將標(biāo)定件嵌入隔熱材料塊中，再通過標(biāo)定獲取標(biāo)定件對(duì)應(yīng)給定熱流的溫度變化曲線以及其相對(duì)位置關(guān)系，并在結(jié)構(gòu)件上安裝嵌有標(biāo)定件的隔熱材料塊，重復(fù)以上步驟完成結(jié)構(gòu)件不同熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)定件安裝，最后根據(jù)標(biāo)定件溫度變化曲線，完成結(jié)構(gòu)件的熱環(huán)境考核。本發(fā)明可簡(jiǎn)化大型結(jié)構(gòu)件熱強(qiáng)度試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝難度，提高安裝效率以及在不同環(huán)境溫度下輻射式加熱器熱流密度輸出的一致性，降低由于熱流計(jì)安裝誤差引起的試驗(yàn)誤差。
【專利說明】一種輻射式加熱器熱流密度傳遞方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空航天飛行器環(huán)境模擬【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及輻射式加熱器熱流密度傳遞方法。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)航空航天飛行器進(jìn)行高超音速飛行的情況下，其表面受到氣動(dòng)加熱的作用，局部區(qū)域溫度會(huì)超過1000°c，因此必須在地面對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行高溫環(huán)境模擬的熱強(qiáng)度試驗(yàn)。在進(jìn)行熱強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，國(guó)內(nèi)外主要采用非接觸的輻射式加熱器模擬飛行器環(huán)境熱流輸入(按照飛行器飛行軌道計(jì)算出來的吸收熱流)，而加熱器熱流密度的標(biāo)定和傳遞成為環(huán)境模擬的關(guān)鍵步驟。
[0003]對(duì)于輻射式加熱器熱流密度的傳遞，目前主要采用熱流計(jì)直接進(jìn)行測(cè)量和記錄。但在大型結(jié)構(gòu)件熱強(qiáng)度試驗(yàn)中實(shí)際使用時(shí)，受到加熱器和測(cè)試件空間的限制，熱流計(jì)的安裝和使用較為復(fù)雜，易受安裝精度的影響，且高溫?zé)崃饔?jì)冷端需強(qiáng)制冷卻，而冷端溫度又會(huì)由于周圍環(huán)境溫度的變化產(chǎn)生波動(dòng)，導(dǎo)致不同環(huán)境溫度下輻射式加熱器對(duì)結(jié)構(gòu)件輸入熱流密度的一致性較差，降低了試驗(yàn)的可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:提供了一種受環(huán)境溫度影響小、可靠性高的輻射式加熱器熱流密度傳遞方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種輻射式加熱器熱流密度傳遞方法，其包括以下步驟:
[0006]步驟1:根據(jù)給定的不同熱流密度曲線，選取標(biāo)定件，標(biāo)定件應(yīng)選用耐高溫材料；標(biāo)定件為片狀結(jié)構(gòu)，面積大小按照固定熱電偶所需面積進(jìn)行選取，厚度以2mm為宜，但不大于 5mm ；
[0007]步驟2:通過高溫膠在標(biāo)定I正面粘貼熱電偶，熱電偶類型根據(jù)測(cè)試所能達(dá)到的極限溫度進(jìn)行選取，高溫膠類型應(yīng)與標(biāo)定件材料相配；
[0008]步驟3:在標(biāo)定件和結(jié)構(gòu)件加熱表面噴涂發(fā)射率大于0.8的黑色耐高溫涂料，厚度介于0.05mm?0.5mm之間,標(biāo)定件和結(jié)構(gòu)件的涂料發(fā)射率和厚度必須始終保持一致,避免由于兩者熱輻射量前后不一致，導(dǎo)致后續(xù)標(biāo)定數(shù)據(jù)誤差增加或失效；
[0009]步驟4:將標(biāo)定I嵌入隔熱材料塊中，確保標(biāo)定件正面與隔熱材料塊表面平齊，其余表面被厚度不小于5mm的氣凝膠隔熱材料包裹，隔熱材料塊底面根據(jù)熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)的表面形狀和曲率進(jìn)行加工，確保標(biāo)定件中心點(diǎn)正對(duì)熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)，且標(biāo)定件正面與熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)的切平面平行；
[0010]步驟5:將熱流計(jì)和標(biāo)定件應(yīng)固定在安裝平臺(tái)上，使之位于小型輻射式加熱器加熱區(qū)域中央，其中熱流計(jì)的熱流接受面應(yīng)與隔熱材料塊底面中心點(diǎn)切平面平齊，記錄標(biāo)定件溫度變化曲線以及標(biāo)定件與熱流計(jì)的相對(duì)位置關(guān)系，利用熱流計(jì)反饋，采用小型輻射式加熱器按模擬熱流條件加熱，獲取熱流計(jì)的熱流密度和標(biāo)定件的溫度對(duì)應(yīng)變化關(guān)系，將單個(gè)熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)的熱流變化曲線對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化為標(biāo)定件的溫度變化曲線；
[0011]步驟6:在結(jié)構(gòu)件上安裝嵌入隔熱材料塊中的標(biāo)定件，標(biāo)定件與熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)的位置關(guān)系必須同步驟5中標(biāo)定件與熱流計(jì)的相對(duì)位置關(guān)系一致；
[0012]步驟7:重復(fù)步驟I?步驟6完成結(jié)構(gòu)件不同熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)定件安裝；
[0013]步驟8:啟動(dòng)加熱結(jié)構(gòu)件的輻射式加熱器，調(diào)節(jié)加熱器輸出功率，使標(biāo)定件實(shí)時(shí)溫度變化與步驟5確定的各熱流基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度變化曲線一致，完成結(jié)構(gòu)件的熱環(huán)境考核。
[0014]輻射式加熱器或熱流密度標(biāo)定裝置的加熱區(qū)域不小于200mmX200mm，不大于500mmX 500mm,且熱流計(jì)和標(biāo)定件應(yīng)位于加熱區(qū)域中央。
[0015]所述標(biāo)定件材料厚度不大于5_。
[0016]所述標(biāo)定件的材料為石英玻璃或高溫陶瓷或耐高溫復(fù)合材料。
[0017]所述耐高溫涂料為發(fā)射率大于0.8的黑色耐高溫有機(jī)硅清漆。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少存在如下優(yōu)點(diǎn):
[0019](I)本發(fā)明取消了熱流計(jì)工作時(shí)冷端所需的強(qiáng)制冷卻回路，提高了現(xiàn)場(chǎng)工作效率。
[0020](2)本發(fā)明極大簡(jiǎn)化大型結(jié)構(gòu)件熱強(qiáng)度試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝難度，降低由于熱流計(jì)安裝誤差引起的試驗(yàn)誤差。
[0021](3)由于標(biāo)定件的溫度曲線已包含環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量的影響，因此本發(fā)明可提高在不同環(huán)境溫度下，輻射式加熱器對(duì)結(jié)構(gòu)件輸入熱流密度的一致性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明中標(biāo)定件溫度曲線標(biāo)定步驟安裝圖；
[0023]圖2為本發(fā)明中標(biāo)定件在結(jié)構(gòu)件表面安裝圖，
[0024]其中，1-標(biāo)定件、2_熱電偶、3_結(jié)構(gòu)件、4_隔熱材料塊、5_加熱器、6_熱流計(jì)、7-熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)、8-安裝平臺(tái)、9-輻射式加熱器。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明:
[0026]本發(fā)明輻射式加熱器熱流密度傳遞方法針對(duì)某多溫區(qū)結(jié)構(gòu)件給定不同基準(zhǔn)點(diǎn)熱流密度曲線，采用輻射式加熱器，模擬飛行器環(huán)境熱流輸入，其具體步驟為:
[0027]步驟1:根據(jù)給定的不同熱流密度曲線，選取標(biāo)定件I。標(biāo)定件應(yīng)選用耐高溫材料，如石英玻璃、高溫陶瓷、耐高溫復(fù)合材料等；標(biāo)定件I為片狀結(jié)構(gòu)，面積大小按照固定熱電偶所需面積進(jìn)行選取，厚度以2mm為宜,但不大于5_。
[0028]步驟2:通過高溫膠在標(biāo)定件I正面粘貼熱電偶2，熱電偶2類型根據(jù)測(cè)試所能達(dá)到的極限溫度進(jìn)行選取，高溫膠類型應(yīng)與標(biāo)定件材料相配。
[0029]步驟3:在標(biāo)定件I和結(jié)構(gòu)件3加熱表面噴涂發(fā)射率大于0.8的黑色耐高溫涂料，厚度介于0.05mm?0.5mm之間。標(biāo)定件I和結(jié)構(gòu)件3的涂料發(fā)射率和厚度必須始終保持一致，避免由于兩者熱輻射量前后不一致，導(dǎo)致后續(xù)標(biāo)定數(shù)據(jù)誤差增加或失效。
[0030]步驟4:將標(biāo)定件I嵌入隔熱材料塊4中，確保標(biāo)定件I正面與隔熱材料塊4表面平齊，其余表面被厚度不小于5mm的氣凝膠隔熱材料包裹，隔熱材料塊4底面根據(jù)熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)7的表面形狀和曲率進(jìn)行加工，確保標(biāo)定件I中心點(diǎn)正對(duì)熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)7，且標(biāo)定件I正面與熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)7的切平面平行。
[0031]步驟5:如圖1所示，將熱流計(jì)6和標(biāo)定件I應(yīng)固定在安裝平臺(tái)8上，使之位于小型輻射式加熱器5加熱區(qū)域中央，其中熱流計(jì)6的熱流接受面應(yīng)與隔熱材料塊4底面中心點(diǎn)切平面平齊，記錄標(biāo)定件I溫度變化曲線以及標(biāo)定件I與熱流計(jì)6的相對(duì)位置關(guān)系H。利用熱流計(jì)6反饋，采用小型輻射式加熱器5按模擬熱流條件加熱，獲取熱流計(jì)6的熱流密度和標(biāo)定件I的溫度對(duì)應(yīng)變化關(guān)系，將單個(gè)熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)7的熱流變化曲線對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化為標(biāo)定件I的溫度變化曲線，以便于結(jié)構(gòu)件熱環(huán)境考核。對(duì)于小型輻射式加熱器5的加熱區(qū)域應(yīng)不小于 200mmX 200mm,不大于 500mmX 500mm。
[0032]步驟6:如圖2所示，在結(jié)構(gòu)件3上安裝嵌入隔熱材料塊4中的標(biāo)定件1，標(biāo)定件I與熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)7的位置關(guān)系必須同步驟5中標(biāo)定件I與熱流計(jì)6的相對(duì)位置關(guān)系H —致。通過確保相對(duì)位置關(guān)系H的一致性，使步驟5獲取的標(biāo)定件I的溫度變化曲線可以有效應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件3的熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)7處的熱流控制。
[0033]步驟7:重復(fù)步驟I?步驟6完成結(jié)構(gòu)件不同熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)定件安裝。
[0034]步驟8:啟動(dòng)加熱結(jié)構(gòu)件3的輻射式加熱器9，調(diào)節(jié)加熱器輸出功率，使標(biāo)定件實(shí)時(shí)溫度變化與步驟5確定的各熱流基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度變化曲線一致，完成結(jié)構(gòu)件的熱環(huán)境考核。
[0035]本發(fā)明采用無需冷卻的標(biāo)定件替代熱流計(jì)，取消了熱流計(jì)工作時(shí)冷端所需的耐高溫冷卻管路及其相應(yīng)的冷卻循環(huán)系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化了大型結(jié)構(gòu)件試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)熱流計(jì)安裝工作，提高了現(xiàn)場(chǎng)工作效率。
[0036]本發(fā)明采用的標(biāo)定件通過隔熱材料安裝在結(jié)構(gòu)件表面，而隔熱材料科方便地根據(jù)結(jié)構(gòu)件熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)處的表面形狀、曲率進(jìn)行對(duì)應(yīng)加工，可以有效保障標(biāo)定件安裝位置的精度及一致性，降低了由于結(jié)構(gòu)件表面曲率變化較大，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)熱流計(jì)外形安裝精度差造成的熱流測(cè)量誤差。
[0037]由于標(biāo)定件的溫度曲線已包含環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量的影響，因此本發(fā)明可提高在不同環(huán)境溫度下，輻射式加熱器對(duì)結(jié)構(gòu)件輸入熱流密度的一致性，避免由于熱流計(jì)易受環(huán)境影響和自身精度較低等因素，造成的試驗(yàn)誤差增大。
[0038]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，對(duì)于本發(fā)明提出的實(shí)施方案可適用于各種結(jié)構(gòu)件適用輻射式加熱器時(shí)熱流密度的傳遞。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種輻射式加熱器熱流密度傳遞方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:根據(jù)給定的不同熱流密度曲線，選取標(biāo)定件，標(biāo)定件選用耐高溫材料；標(biāo)定件為片狀結(jié)構(gòu)，面積大小按照固定熱電偶所需面積進(jìn)行選取，厚度以2_為宜,不大于5_ ；步驟2:通過高溫膠在標(biāo)定I正面粘貼熱電偶，熱電偶類型根據(jù)測(cè)試所能達(dá)到的極限溫度進(jìn)行選取，高溫膠類型與標(biāo)定件材料相配； 步驟3:在標(biāo)定件和結(jié)構(gòu)件加熱表面噴涂發(fā)射率大于0.8的黑色耐高溫涂料，厚度介于0.05mm?0.5mm之間,標(biāo)定件和結(jié)構(gòu)件的涂料發(fā)射率和厚度保持一致,避免由于兩者熱福射量前后不一致，導(dǎo)致后續(xù)標(biāo)定數(shù)據(jù)誤差增加或失效； 步驟4:將標(biāo)定I嵌入隔熱材料塊中，確保標(biāo)定件正面與隔熱材料塊表面平齊，其余表面被厚度不小于5mm的氣凝膠隔熱材料包裹，隔熱材料塊底面根據(jù)熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)的表面形狀和曲率進(jìn)行加工，確保標(biāo)定件中心點(diǎn)正對(duì)熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)，且標(biāo)定件正面與熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)的切平面平行； 步驟5:將熱流計(jì)和標(biāo)定件應(yīng)固定在安裝平臺(tái)上，使之位于小型輻射式加熱器加熱區(qū)域中央，其中熱流計(jì)的熱流接受面應(yīng)與隔熱材料塊底面中心點(diǎn)切平面平齊，記錄標(biāo)定件溫度變化曲線以及標(biāo)定件與熱流計(jì)的相對(duì)位置關(guān)系。利用熱流計(jì)反饋，采用小型輻射式加熱器按模擬熱流條件加熱，獲取熱流計(jì)的熱流密度和標(biāo)定件的溫度對(duì)應(yīng)變化關(guān)系，將單個(gè)熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)的熱流變化曲線對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化為標(biāo)定件的溫度變化曲線； 步驟6:在結(jié)構(gòu)件上安裝嵌入隔熱材料塊中的標(biāo)定件，標(biāo)定件與熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)的位置關(guān)系必須同步驟5中標(biāo)定件與熱流計(jì)的相對(duì)位置關(guān)系一致； 步驟7:重復(fù)步驟I?步驟6完成結(jié)構(gòu)件不同熱流密度基準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)定件安裝； 步驟8:啟動(dòng)加熱結(jié)構(gòu)件的輻射式加熱器，調(diào)節(jié)加熱器輸出功率，使標(biāo)定件實(shí)時(shí)溫度變化與步驟5確定的各熱流基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度變化曲線一致，完成結(jié)構(gòu)件的熱環(huán)境考核。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射式加熱器熱流密度傳遞方法，其特征在于:輻射式加熱器或熱流密度標(biāo)定裝置的加熱區(qū)域不小于200mmX 200mm,不大于500mmX 500mm,且熱流計(jì)和標(biāo)定件應(yīng)位于加熱區(qū)域中央。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射式加熱器熱流密度傳遞方法，其特征在于:所述標(biāo)定件材料厚度不大于5_。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射式加熱器熱流密度傳遞方法，其特征在于:所述標(biāo)定件的材料為石英玻璃或高溫陶瓷或耐高溫復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻射式加熱器熱流密度傳遞方法，其特征在于:所述耐高溫涂料為發(fā)射率大于0.8的黑色耐高溫有機(jī)硅清漆。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK104048991SQ201410268126
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】王 琦, 郝慶瑞, 秦強(qiáng), 王振亞, 陸林 申請(qǐng)人:中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所