結構熱試驗

結構熱試驗技術，是為解決飛行器跨越聲速後出現的熱障問題而發展起來的一種地面模擬試驗技術，它通過在地面等效模擬飛行熱環境和氣動載荷來考察其對結構的影響。

基本介紹

• 中文名：結構熱試驗
• 外文名：Structural thermal test
• 試驗目的：解決飛行器跨越聲速後的熱障問題
• 試驗方法：在地面模擬飛行熱環境和氣動載荷
• 試驗類別：地面模擬試驗
• 試驗過程：對結構的承熱能力進行分析、測試

基本概念

結構熱試驗技術，是為解決飛行器跨越聲速後出現的熱障問題而發展起來的一種地面模擬試驗技術，它通過在地面等效模擬飛行熱環境和氣動載荷來考察其對結構的影響。

結構熱試驗的必要性

飛行熱環境和氣動載荷對結構的影響主要包括：

（1）在高溫條件下，材料的強度極限和彈性模量降低，因此使結構的承載能力降低。

（2）在快速加熱條件下，結構中形成較大熱梯度，產生的附加熱應力與載荷作用力所產生的機械應力迭加，影響結構局部或總體的承載能力。

（3）在高溫和熱應力的作用下，結構局部或總體產生過大的變形，破壞部件的氣動外形，高溫又使結構剛度下降，在幾種因素的綜合作用下，會降低結構的固有頻率，嚴重時容易導致危險的結構共振，即所謂氣動熱彈性問題。

（4）飛行器上的運動機構受高溫作用，產生不協調變形，會影響機械正常動作，甚至因機件卡塞而導致飛行事故。

（5）彈（箭）儀器艙內儀器設備正常的工作環境溫度一般不應超過50℃。當艙體外表面受到氣動加熱時，艙壁溫度急劇升高，將會使艙內溫度越限，造成元器件性能惡化甚至失效，產生危險的後果。

因此，研究解決上述各種結構熱問題，是航天型號設計中不容忽視的重要任務，也是航天產品的關鍵技術問題之一，必須進行熱環境模擬試驗，對結構的承熱能力進行分析、測試。

結構熱試驗方法

結構熱試驗方法是為了考核飛行器結構在氣動熱環境中的適應性，通過地面試驗發現防熱結構設計中的缺陷，最佳化防熱區結構和高溫區結構的設計，考核熱結構的功能特性，確保飛行任務的成功，它不僅考核了高超聲速飛行器的熱結構設計，驗證結構設計方法，也是對結構熱試驗加熱、測量、控制等技術的考驗。通過分析輻射加熱試驗過程，對試驗結果進行討論，充分考慮結構熱試驗中的影響因素，進而評估試驗結果的合理性，改進和提高結構熱試驗的精確度。

大熱流氣動熱環境的地面模擬試驗是在真空容器內用石墨輻射加熱器完成的，其它結構熱試驗可採用石英燈加熱器或模組化石英燈組加熱器完成，試驗過程中通過採用冷卻氣流對石英燈壁進行冷卻，可提高加熱熱流，開展的試驗項目有傳熱試驗、靜熱試驗、熱振試驗等。

高超聲速飛行器結構研製中，國外採用了輻射加熱方法和氣流加熱模擬氣動熱環境。未來的飛行器結構設計也同樣面臨這兩類結構熱試驗，不同的是隨飛行速度或再入速度的提高，飛行器或飛彈武器系統已進入高超聲速領域，氣動熱環境更加苛刻。目前，現有的結構熱試驗技術與設備還不能滿足高溫、高加熱率試驗需求，溫度、熱流、應變等測量方法的使用溫限有待提高，試驗分析方法和驗證試驗水平也需要進一步提高。