CN105737691A - 一种高速导弹外热流模拟装置 - Google Patents

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杨祺
张文瑞
张学林
于锟锟
刘宁
汪洋
陈正刚
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Abstract

本发明涉及一种热流模拟装置，特别涉及一种高速导弹外热流模拟装置。一种高速导弹外热流模拟装置，技术方案是，高频加热装置提供的感应电流，感应线圈产生磁束，使加热块产生涡流，迅速被加热，加热块上表面温度即为需要模拟的高速导弹热外壁面温度；铠装铂电阻采集加热块上的温度信息，温度控制器进行逻辑判断，当采集到的任一点温度高于设定阈值时，温度控制器调低高频加热装置的工作频率，当采集到的任一点温度低于设定阈值时，温度控制器调高高频加热装置的工作频率。本发明能准确的模拟高速导弹外壁面的温度边界条件，升温速度快，满足实际使用中对高速导弹热防护试验件的温度要求，具有重要的军事工程应用价值。

Description

一种高速导弹外热流模拟装置
技术领域
本发明涉及一种热流模拟装置，特别涉及一种高速导弹外热流模拟装置。
背景技术
导弹以高超声速在大气层中飞行时，空气受到强烈的压缩和摩擦作用，大部分动能转化为热能，导致周围的空气温度急剧升高，而且热能迅速向飞行器表面传递。在飞行高度为10km，飞行速度4马赫的情况下，弹体头部驻点的温度将达到930K左右。
对于高超声速飞行器的研究和设计来说，其热防护问题一直是高超声速飞行器研制的关键技术。为实现高超声速飞行器的热防护设计，需要对其加热特性进行研究和考核。同时，为了研究热防护过程中的换热规律，希望获得模拟实际情况的加热热流条件。因此，研究设计一种能在短时间内迅速升温并且相对稳定的加热方式成为高超声速飞行器热防护设计过程中试验环节的关键问题。
飞行器的气动加热是一个瞬态过程，试验室模拟这个过程的目的是重现结构真实的温度分布，用于考察热响应特性。气动热模拟的试验方法一般有“非对流方法”和“对流方法”两类。
对流方法以风动试验为代表，但是在高速高温条件下的模拟试验成本极高，单次试验费用至少为几十万元人民币，多则需要数百万元以上。而最常见的以石英加热器为基础的红外辐射气动热模拟试验技术其单次试验费用也在万元以上，对于需要频繁进行试验的项目来说，仍然是一笔很大的开支。
感应加热源自于法拉第发现的电磁感应现象，就是交变的磁场会使导体中产生感应电流，从而令导体发热。高频感应加热，其原理是利用其发出高周波的大电流流向被绕制成方形的加热感应线圈。由高周波感应线圈内发生极性瞬间变化的强大磁束，将加热块金属放置在高频线圈正上方，磁束就会贯通整个被加热的金属物体。感应加热物体的内部与高频机感应加热电流相反的方向，发生相对应的强大涡电流。因为感应加热的加热块内存在电阻，因此发生强的焦耳热能，使感应加热块温度迅速上升。
发明内容
本发明的目的是：提供一种能够模拟高超声速导弹外表面温度边界条件，为进行飞行速度更快的高超声速导弹气动热模拟试验提供试验条件和试验手段的高速导弹外热流模拟装置。
本发明的技术方案是：一种高速导弹外热流模拟装置，它包括：高频加热装置、感应线圈、加热块、云母片、铠装铂电阻、温度控制器以及隔热材料；
高频加热装置与感应线圈连接，感应线圈位于加热块的正下方，其间设有保证加热块与感应线圈绝缘的云母片；加热块上安装有高速导弹热防护试验件，高速导弹热防护试验件与加热块之间设有隔热材料；加热块上均匀的布置有用于测量加热块温度的铠装铂电阻，温度控制器连接铠装铂电阻以及高频加热装置；
当高频加热装置向感应线圈提供感应电流时，感应线圈产生磁束，使加热块产生涡流被加热，加热块上表面温度即为需要模拟的高速导弹热外壁面温度；温度控制器采集由铠装铂电阻测量的加热块上表面的温度信息，并进行逻辑判断，当采集到的任一点温度高于设定的阈值上限时，温度控制器调低高频加热装置的工作频率，使任一采集点的温度均保持在设定的阈值范围内；当采集到的任一点温度低于设定的阈值下限时，温度控制器调高高频加热装置的工作频率，使任一采集点的温度均保持在设定的阈值范围内；从而完成装置的温度控制功能，并保证加热块上温度的均匀性。
有益效果：(1)本发明能准确的模拟高速导弹外壁面的温度边界条件，升温速度快，满足实际使用中对高速导弹热防护试验件的温度要求，具有重要的军事工程应用价值。
(2)本发明的加热块上方均匀布设了铠装热电偶，通过温度传感器进行控温，保证被加热物体的温度均匀性好。
(3)本发明的模拟装置结构简单，使用方便。且体积较小，便于移动，为实现试验件高低温及振动等耦合试验条件提供了有效的试验手段。
附图说明
图1为本发明的组成示意图；
图2为高速导弹热防护试验件在加热块上的安装俯视图；
图3为图2A-A截面示意图；
图4为感应线圈盘绕方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
参见附图，一种高速导弹外热流模拟装置，它包括：高频加热装置1、感应线圈2、加热块3、云母片4、铠装铂电阻5、温度控制器6以及隔热材料8；
高频加热装置1与感应线圈2连接，感应线圈2位于加热块3的正下方，其间设有保证加热块3与感应线圈2绝缘的云母片4；加热块3上安装有高速导弹热防护试验件7，高速导弹热防护试验件7与加热块3之间设有隔热材料8；加热块3上均匀的布置有用于测量加热块3温度的铠装铂电阻5，温度控制器6连接铠装铂电阻5以及高频加热装置1；
当高频加热装置1向感应线圈2提供感应电流时，感应线圈2产生磁束，使加热块3产生涡流被加热，加热块3上表面温度即为需要模拟的高速导弹热外壁面温度；温度控制器6采集由铠装铂电阻5测量的加热块3上表面的温度信息，并进行逻辑判断，当采集到的任一点温度高于设定的阈值上限时，温度控制器6调低高频加热装置1的工作频率，使任一采集点的温度均保持在设定的阈值范围内；当采集到的任一点温度低于设定的阈值下限时，温度控制器6调高高频加热装置1的工作频率，使任一采集点的温度均保持在设定的阈值范围内。从而完成装置的温度控制功能，并保证加热块3上温度的均匀性。
上述方案中，感应线圈2根据加热块3形状采用的紫铜管绕制而成，加热块3的材料为45#碳钢。
较优的，为防止热量耗散，模拟弹仓内实际使用环境，在高速导弹热防护试验件7的外围敷设有保温材料9。

Claims (4)

1.一种高速导弹外热流模拟装置，其特征在于，它包括：高频加热装置(1)、感应线圈(2)、加热块(3)、云母片(4)、铠装铂电阻(5)、温度控制器(6)以及隔热材料(8)；
所述高频加热装置(1)与所述感应线圈(2)连接，所述感应线圈(2)位于所述加热块(3)的正下方，其间设有保证所述加热块(3)与所述感应线圈(2)绝缘的所述云母片(4)；所述加热块(3)上安装有高速导弹热防护试验件(7)，所述高速导弹热防护试验件(7)与所述加热块(3)之间设有所述隔热材料(8)；所述加热块(3)上均匀的布置有用于测量所述加热块(3)温度的所述铠装铂电阻(5)，所述温度控制器(6)连接所述铠装铂电阻(5)以及所述高频加热装置(1)；
当所述高频加热装置(1)向所述感应线圈(2)提供感应电流时，所述感应线圈(2)产生磁束，使所述加热块(3)产生涡流被加热，所述加热块(3)上表面温度即为需要模拟的高速导弹热外壁面温度；所述温度控制器(6)采集由所述铠装铂电阻(5)测量的所述加热块(3)上表面的温度信息，并进行逻辑判断，当采集到的任一点温度高于设定的阈值上限时，所述温度控制器(6)调低所述高频加热装置(1)的工作频率，使任一采集点的温度均保持在设定的阈值范围内；当采集到的任一点温度低于设定的阈值下限时，所述温度控制器(6)调高所述高频加热装置(1)的工作频率，使任一采集点的温度均保持在设定的阈值范围内。
2.如权利要求1所述的一种高速导弹外热流模拟装置，其特征在于，所述感应线圈(2)采用直径为10mm的紫铜管绕制而成。
3.如权利要求1或2所述的一种高速导弹外热流模拟装置，其特征在于，所述高速导弹热防护试验件(7)的外围敷设有保温材料(9)。
4.如权利要求1或2所述的一种高速导弹外热流模拟装置，其特征在于，所述加热块(3)的材料为45#碳钢。
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