CN109682603A - 亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统，包括：置于一外流场通道内部的试验舱体，其中：所述试验舱体的内部设置有一套筒结构，所述套筒结构依次划分为进气道段、滑油箱段、发动机本体段以及尾喷管段，其中，进气道与滑油箱段之间进行封堵，采用加热系统分别在所述滑油箱段、发动机本体段以及尾喷管段分区加热，实现模拟发动机本体、滑油箱以及尾喷管三个部位的热源；还包括空气电加热系统，与所述外流场通道连接，用于模拟试验舱体外壁的气动条件；以及测量系统。本发明的系统有效模拟了试验舱体外壁的气动条件和舱内环境，同时具备同时舱内设备工作发热的试验能力，实现了高天地一致性，具有低成本的优势，可反复进行验证试验。

Description

亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统

技术领域

本发明属于飞航导弹总体设计技术，涉及一种亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统，解决了亚声速舱段级热控设计方案地面试验验证的问题。

背景技术

亚声速型号飞航导弹采用了大量的电子器件和集成电路。高密度的电子设备位于密封的导弹舱内。随着飞行马赫数越来越高，飞行时间不断增加，弹载电子设备功能不断发展、元器件发热功率增大，使用环境愈加复杂等因素，使设备所处的舱内工作热环境日益恶劣、面临过热问题，严重影响设备的可靠性，热控设计方案往往需要通过地面试验验证设计的正确性与合理性。

目前采用地面热试车试验可以真实模拟发动机及附件的工作发热和舱内设备工作发热两个条件，但对于舱体外壁气动条件无法模拟验证。另外，发动机的工作寿命有限，采用热试车试验对热控设计方案进行反复验证代价太高。因此，型号总体设计中亟待解决亚声速型号舱段级热控设计地面试验验证问题。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

为解决上述问题，本发明提供一种亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统，该系统实现了高天地一致性，且具有低成本的优势，可以反复使用。

本发明的技术解决方案：

本发明提供一种亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统，包括：

置于一外流场通道内部的试验舱体，其中：

所述试验舱体的内部设置有一套筒结构，所述套筒结构依次划分为进气道段、滑油箱段、发动机本体段以及尾喷管段，其中，进气道与滑油箱段之间进行封堵，采用加热系统分别在所述滑油箱段、发动机本体段以及尾喷管段分区加热，实现模拟发动机本体、滑油箱以及尾喷管三个部位的热源；

所述试验舱体除套筒之外的其他区域置有试验设备；

置于试验舱体前部的空气电加热系统，与所述外流场通道连接，用于模拟试验舱体外壁的气动条件；

测量系统，用于采集和测量试验舱体和试验设备的温度数据。

进一步的，所述的加热系统为石英灯加热系统，包括：石英灯加热器和对所述石英灯加热器进行加热控制的控制系统；

进一步的，所述控制系统所依据的控制条件为：将地面热试车试验中采集到的发动机各部位的温度数据作为控制条件；

进一步的，所述的试验设备为真实试验设备或采用可控电阻类替代；

进一步的，所述的空气电加热系统包括供气系统、电加热器和电加热器控制系统；

其中，供气系统将气源引入电加热器，电加热器控制系统控制电加热器对所述气源进行加热，加热后的气源流过所述外流场通道以模拟试验舱体外壁气动条件；

进一步的，所述供气系统上设置有阀门以调节气源的压力和流量；

进一步的，所述的供气系统通过前置总集气管将气源分配到空气电加热器中，达到试验舱体所需的温度后，经后置总集气管混合，流向外流场通道；

进一步的，所述空气电加热系统在模拟试验舱体外壁的气动条件时，所述的电加热器需要将气源加热到恢复温度；

进一步的，所述的空气电加热系统采用法兰盘形式与外流场通道连接；

进一步的，所述试验舱体的头部为封闭状态，其尾舱一侧保持开口状态。

本发明相比于现有技术的有益效果：

本发明提供的地面试验验证系统，通过对试验舱体进行设计，使得试验舱体内部能够模拟发动机本体、滑油箱以及尾喷管三个部位的热源，避免了发动机的反复使用，采用空气电加热系统并结合一外流场通道有效模拟了试验舱体外壁的气动条件，同时具备同时舱内设备工作发热的试验能力，试验准备流程简单，准备周期短，可反复进行验证试验，该系统实现了高天地一致性，且具有低成本的优势，具有广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统的一种实施例的结构示意图；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

实施例1

参见图1，本实施例提供一种亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统，其包括：

置于一外流场通道11内部的试验舱体10，其中：

所述试验舱体10的内部设置有一套筒结构101，所述套筒结构101依次划分为进气道段103、滑油箱段104、发动机本体段105以及尾喷管段106，其中，进气道段103与滑油箱段104之间进行封堵，采用加热系统13分别在所述滑油箱段104、发动机本体段105以及尾喷管段106分区加热，实现模拟发动机本体、滑油箱以及尾喷管三个部位的热源；

所述试验舱体10除套筒结构101之外的其他区域置有试验设备102；

置于试验舱体10前部的空气电加热系统12，与所述外流场通道11连接，用于模拟试验舱体10外壁的气动条件；

测量系统14，用于采集和测量试验舱体和试验设备102的温度数据。

本实施例提供的亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统通过对试验舱体进行设计，使得试验舱体内部能够模拟发动机本体、滑油箱以及尾喷管三个部位的热源，避免了发动机的反复使用，采用空气电加热系统并结合一外流场通道有效模拟了试验舱体外壁的气动条件，同时具备同时舱内设备工作发热的试验能力，试验准备流程简单，准备周期短，可反复进行验证试验，该系统实现了高天地一致性，且具有低成本的优势，具有广阔的应用前景。

作为本发明的一个实施例，所述的加热系统13为石英灯加热系统，包括：石英灯加热器和对所述石英灯加热器进行加热控制的控制系统131；

进一步的，所述的石英灯加热系统还包括电力能源，用于为石英灯加热器提供能源供给；

进一步的，所述的控制系统还通过电功率调节器负责电力能源的分配调度与状态监控；

作为本发明一个优选的实施例，所述石英灯加热系统还包括冷却系统，用于对石英灯灯头进行冷却，以防止石英灯温度过高导致无法使用；

具体的，所述的冷却系统可以为循环冷却水或循环冷却气系统；

进一步的，所述控制系统131所依据的控制条件为：将地面热试车试验中采集到的发动机各部位的温度数据作为控制条件；

其中，地面热试车试验中采集到的发动机各部位的温度数据为已知值，具体为若干个温度数据曲线，石英灯加热系统可按照给定的温度数据曲线进行分区热加载；

优选的，所述的石英灯加热系统采用PID算法进行分区控制，具体的PID算法为本领域公知的技术，在此不再赘述；

应用上述石英灯加热系统，在试验舱体内部加热，能够达到有效模拟舱内滑油箱、尾喷管及发动机本体表面高温热源的目的，且以地面热试车试验中采集到的发动机各部位的温度数据进行加热控制，实现了温度的精确控制。

进一步的，所述的套筒结构101优选为不锈钢套筒结构；

进一步的，所述的试验设备102为真实设备或采用可控电阻类替代；

进一步的，所述的空气电加热系统12通过法兰盘与外流场通道11连接；

作为本发明的一个实施例，将所述的空气电加热系统配置包括供气系统121、电加热器123和电加热器控制系统122；其中，供气系121统将气源124引入电加热器123，电加热器控制系统122控制电加热器123对所述气源124进行加热，加热后的气源124流过所述外流场通道11以模拟试验舱体10外壁气动条件；

进一步的，所述供气系统121可以调节气源124的压力和流量；

优选的，所述供气系统121上设置有阀门以调节气源124的压力和流量；

更优选的，所述的气源124在进入供气系统121和流出供气系统121时均需通过阀门来进行控制；

进一步的，所述的供气系统121通过前置总集气管将气源124分配到电加热器123中，达到试验舱体10所需的温度后，经后置总集气管混合，流向外流场通道11；

应用上述配置方式，可控制高温气源以低速流过外流场通道来模拟舱体外壁气流的换热效果，气源经过供气系统调节压力和流量后，经过前置总集气管分配到空气电加热器中进行加热，达到试验舱体所需的温度后，在后置总集气管混合，流向外流场通道，对试验舱体进行加热。

优选的，所述的气源124为压缩空气；

进一步的，所需气源124的压力和流量依据试验舱体10外壁气动条件需要进行调节；

进一步的，所述空气电加热系统12在模拟试验舱体10外壁的气动条件时，所述的电加热器123需要将气源124加热到恢复温度；

进一步的，所述试验舱体10的头部为封闭状态，其尾舱一侧保持开口状态，应用此种配置方式，高温气源在流向外流场通道的同时不能进入试验舱体内部，以防止试验舱体内部温度不可控，另外，试验舱体内部的石英灯加热产生的高温空气通过尾部排出，不对舱内热环境产生影响。

进一步的，所述的测量系统14由温度数据采集器、采集机柜、温度数据采集软件和计算机等组成；

进一步的，根据需要，可在试验舱体10及重点试验设备上设置测试点，并安装温度传感器。

为了对本发明有进一步的了解，下面结合附图1对本发明的系统进行试验验证的过程进行详细说明。

如图1所示，首先所述试验舱体10上安装真实试验设备，布置连接电缆的走线；并在试验舱体10及重点试验设备上设置测试点，安装温度传感器；

然后，搭建试验台架，将试验舱体吊装于试验台架之上，置于外流场通道11内，用工装进行固定；具体试验舱体10的设置见上述内容：根据发动机热分布状况划分温区，在不锈钢套筒结构101内布置石英灯加热器，模拟舱内发动机本体、滑油箱、尾喷管高温热源；将外流场通道11通过法兰盘与空气电加热系统12管路连接，空气电加热器系统12具体构成在此不再赘述；

正式试验前，根据试验段内设备的实际温度水平、舱内空气热环境等与模拟条件的差异，分别调节石英灯加热系统、空气电加热系统和各试验设备通电发热来模拟整个系统的初温；

试验中石英灯加热系统可以实现各个温区控制，按照给定的温度数据曲线进行热加载，此外，各参试设备可以同步开机工作，模拟设备的自身发热量，空气电加热系统对常温空气的加热，可以近似模拟外部恢复温度条件下舱体外部气动换热条件。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统，其特征在于，包括:

置于一外流场通道内部的试验舱体，其中：

所述试验舱体的内部设置有一套筒结构，所述套筒结构依次划分为进气道段、滑油箱段、发动机本体段以及尾喷管段，其中，进气道与滑油箱段之间进行封堵，采用加热系统分别在所述滑油箱段、发动机本体段以及尾喷管段分区加热，实现模拟发动机本体、滑油箱以及尾喷管三个部位的热源；

所述试验舱体除套筒之外的其他区域置有试验设备；

置于试验舱体前部的空气电加热系统，与所述外流场通道连接，用于模拟试验舱体外壁的气动条件；

测量系统，用于采集和测量试验舱体和试验设备的温度数据。

2.根据权利要求1所述的一种亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统，其特征在于，所述的加热系统为石英灯加热系统，包括：石英灯加热器和对所述石英灯加热器进行加热控制的控制系统。

3.根据权利要求2所述的一种亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统，其特征在于，所述控制系统所依据的控制条件为：将地面热试车试验中采集到的发动机各部位的温度数据作为控制条件。

4.根据权利要求1所述的一种亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统，其特征在于，所述的试验设备为真实试验设备或采用可控电阻类替代。

5.根据权利要求1-4所述的一种亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统，其特征在于，所述的空气电加热系统包括供气系统、电加热器和电加热器控制系统；

其中，供气系统将气源引入电加热器，电加热器控制系统控制电加热器对所述气源进行加热，加热后的气源流过所述外流场通道以模拟试验舱体外壁气动条件。

6.根据权利要求1-5所述的一种亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统，其特征在于，所述供气系统上设置有阀门以调节气源的压力和流量。

7.根据权利要求1所述的一种亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统，其特征在于，所述的供气系统还通过前置总集气管将气源分配到空气电加热器中，达到试验舱体所需的温度后，经后置总集气管混合，流向外流场通道。

8.根据权利要求7所述的一种亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统，其特征在于：所述的空气电加热系统采用法兰盘形式与外流场通道连接。

9.根据权利要求1-8所述的一种亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统，其特征在于：所述空气电加热系统在模拟试验舱体外壁的气动条件时，所述的电加热器需要将气源加热到恢复温度。

10.根据权利要求1所述的一种亚声速舱段级热控设计的地面试验验证系统，其特征在于，所述试验舱体的头部为封闭状态，其尾舱一侧保持开口状态。