專利名稱：高速導(dǎo)彈飛行器平面結(jié)構(gòu)高溫-分布載荷熱強(qiáng)度試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高速導(dǎo)彈飛行器平面結(jié)構(gòu)高溫-分布載荷熱強(qiáng)度試驗(yàn)裝置。特別是在模擬導(dǎo)彈高超聲速飛行熱環(huán)境時，能夠在導(dǎo)彈平面結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生高達(dá)1000°c以上的高溫?zé)岘h(huán)境，同時施加分布載荷。為研制聞超聲速導(dǎo)彈和聞速航空航天飛行器提供一種有效的聞溫-分布載荷聯(lián)合試驗(yàn)手段。
背景技術(shù)：
由于導(dǎo)彈等飛行器的設(shè)計(jì)飛行速度越來越快，飛行器表面由氣動加熱產(chǎn)生的溫度也越來越高。在極端惡劣的高溫?zé)岘h(huán)境條件下，高速飛行器材料和結(jié)構(gòu)的熱強(qiáng)度問題成為事關(guān)研制成敗的關(guān)鍵問題。這是因?yàn)楦咚亠w行時嚴(yán)重的氣動加熱所產(chǎn)生的高溫，會顯著降低高超聲速飛行器材料的強(qiáng)度極限和飛行器結(jié)構(gòu)的承載能力，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱變形，破壞部 件的氣動外形并影響飛行器結(jié)構(gòu)的安全性能。為保證高速飛行器的安全，確認(rèn)飛行器的材料和結(jié)構(gòu)是否能經(jīng)得起高速飛行時所產(chǎn)生的熱沖擊及高溫?zé)釕?yīng)力破壞，須對高超聲速飛行器材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜、動態(tài)的氣動模擬試驗(yàn)與熱強(qiáng)度試驗(yàn)。模擬飛行材料和結(jié)構(gòu)在高速飛行時的真實(shí)受熱狀況，分析試驗(yàn)過程中飛行器各部分的熱應(yīng)力、熱變形、結(jié)構(gòu)膨脹量等高溫力學(xué)性能參數(shù)的變化對飛行器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。通過熱環(huán)境模擬試驗(yàn)的方法，來觀察分析在熱環(huán)境和力學(xué)環(huán)境復(fù)合作用下材料的力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)的受力狀況，從而進(jìn)一步研究分析結(jié)構(gòu)在高溫下的承載能力、使用壽命以及安全可靠性，該項(xiàng)工作對于導(dǎo)彈飛行器的熱防護(hù)與安全設(shè)計(jì)具有非常重要的實(shí)際意義。高速導(dǎo)彈飛行器的彈翼、舵面等部件一般為平面結(jié)構(gòu)，飛行時受到的氣動載荷是面分布載荷。在常溫下可以利用橡膠水囊加壓模擬分布載荷，但是由于橡膠水囊的耐溫有限，在高溫下會引起橡膠體破裂造，成液體泄露，因此，在數(shù)百度甚至上千度的高溫環(huán)境下模擬分布載荷是一個難題。目前由于高超聲速巡航導(dǎo)彈的設(shè)計(jì)飛行速度已達(dá)到6-10馬赫數(shù)，甚至有更快的發(fā)展趨勢，這使得飛行器表面的溫度越來越高。導(dǎo)彈設(shè)計(jì)部門迫切希望能夠發(fā)明一種超過IOOO0C的平面結(jié)構(gòu)高溫-分布載荷聯(lián)合試驗(yàn)方法，為高速導(dǎo)彈的安全飛行提供有效的試驗(yàn)設(shè)計(jì)依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高速導(dǎo)彈飛行器平面結(jié)構(gòu)高溫-分布載荷熱強(qiáng)度試驗(yàn)裝置，該裝置能夠使在超過1000°c的高溫?zé)岘h(huán)境下，對高速導(dǎo)彈平面結(jié)構(gòu)的熱分布載荷進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是高速導(dǎo)彈飛行器平面結(jié)構(gòu)高溫-分布載荷熱強(qiáng)度試驗(yàn)裝置，包括陶瓷基座、平面高溫發(fā)熱體、高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件、耐高溫絕緣薄層、測溫?zé)犭娕肌⒂?jì)算機(jī)、水囊加載器、柔性隔熱材料、鋼制加力平板、液壓做動器、加載聯(lián)桿、力傳感器；在所述陶瓷基座上安放金屬平面高溫發(fā)熱片，將高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件壓在平面高溫發(fā)熱體上，平面高溫發(fā)熱體的上下均鋪有耐高溫絕緣薄層，測溫?zé)犭娕挤胖迷诟咚賹?dǎo)彈平面試驗(yàn)件下側(cè)面，測溫?zé)犭娕寂c計(jì)算機(jī)相連接，測量并通過計(jì)算機(jī)控制高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件下側(cè)面的溫度，水囊加載器壓在高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件上，在高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件和水囊加載器之間安放有柔性隔熱材料，水囊加載器的上部有一塊鋼制加力平板，液壓做動器通過加載聯(lián)桿和鋼制加力平板給水囊加載器施加壓力，通過水囊加載器和柔性隔熱材料對高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件施加均勻的分布載荷，液壓做動器下方安裝有力傳感器，通過計(jì)算機(jī)測量和控制施加在高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件上的壓力的大小。所述平面高溫發(fā)熱體由鐵、鉻或鋁金屬薄片(金屬薄片的厚度大約I. 5-2mm)通過電火花加工成圖2所示的平面廻曲形狀，通電后可產(chǎn)生1000°C以上的高溫，給高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件的下表面加熱。所述耐高溫絕緣薄層采用可耐1400°C高溫的柔性石英纖維布，其厚度為2mm?？墒箤?dǎo)電的平面高溫發(fā)熱體與測溫?zé)犭娕夹纬蓮?qiáng)、弱電之間的隔離，保護(hù)測溫?zé)犭娕嫉娜蹼娦盘柡陀?jì)算機(jī)的安全。所述水囊加載器由可耐450°C高溫的氟化橡膠制成，內(nèi)部充有純凈水，水囊加載器受到向下的力載荷時，可形成與物體隨形的均勻分布力載荷。所述柔性隔熱材料為可耐1400°C柔性陶瓷纖維，用以降低高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件向上的熱傳導(dǎo)速度。所述水囊加載器的四個邊界安裝有陶瓷框架，用以限制水囊加載器向水平方向的擴(kuò)張。本發(fā)明的原理隨著導(dǎo)彈等航空航天飛行器的設(shè)計(jì)飛行速度越來越快，飛行器表面由氣動加熱產(chǎn)生的溫度也越來越高。為了模擬高速導(dǎo)彈飛行器平面結(jié)構(gòu)的高溫-分布載荷，設(shè)計(jì)了平面高溫發(fā)熱體生成上千度的熱環(huán)境，平面高溫發(fā)熱體能夠和高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件緊密接觸，同時將水囊加載器與熱源之間進(jìn)行柔性熱隔離，以實(shí)現(xiàn)在大于1000°c的高溫?zé)岘h(huán)境下，對高速導(dǎo)彈平面結(jié)構(gòu)施加均勻的高溫分布載荷，為高速導(dǎo)彈的安全設(shè)計(jì)提供更加接近實(shí)際受力狀態(tài)的高溫試驗(yàn)手段。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是(I)現(xiàn)有技術(shù)在進(jìn)行導(dǎo)彈飛行器平面結(jié)構(gòu)分布載荷強(qiáng)度試驗(yàn)時，采用水囊加載器給物體施加隨形的均勻分布力載荷。但是，在上千度的極端高溫環(huán)境下，由橡膠制成的柔性水囊加載器會因高溫?fù)p壞，引起液體泄漏，造成試驗(yàn)失敗。本發(fā)明在進(jìn)行上千度的高溫?zé)嵩囼?yàn)時，采用柔性隔熱材料放置在高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件與水囊加載器之間，減低熱傳遞的速度，保證水囊加載器能夠在安全溫度下工作。(2)水囊加載器使用可耐450°C高溫的氟化橡膠制成，提高了水囊加載器在高溫下的安全可靠性。(3)平面高溫發(fā)熱體由鐵鉻鋁金屬薄片通過電火花雕刻成圖2所示的平面形狀，通電后可產(chǎn)生1000°c以上的高溫，給高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件的下表面加熱。(4)金屬平面高溫發(fā)熱體的上下兩側(cè)，均鋪有可工作在1400°C高溫環(huán)境下的柔性耐高溫絕緣薄層，對導(dǎo)電的金屬平面高溫發(fā)熱體與測溫?zé)犭娕夹纬蓮?qiáng)、弱電之間的隔離，保護(hù)了測溫?zé)犭娕嫉娜蹼娦盘柡陀?jì)算機(jī)的安全性。(5)本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡潔，使用方便，為高速導(dǎo)彈的高溫?zé)釓?qiáng)度校核與安全設(shè)計(jì)提、供了有效的試驗(yàn)手段。具有重要的軍事工程應(yīng)用價值。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)正視示意圖；圖2為本發(fā)明的平面高溫發(fā)熱體示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖I和圖2所示，本發(fā)明由陶瓷基座I、平面高溫發(fā)熱體2、高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件 3、耐高溫絕緣薄層4、測溫?zé)犭娕?、計(jì)算機(jī)6、水囊加載器7、柔性隔熱材料8、鋼制加力平板9、液壓做動器10、加載聯(lián)桿11、陶瓷框架12、力傳感器13組成。陶瓷基座I上安放有平面高溫發(fā)熱片2，高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件3壓在平面高溫發(fā)熱體2上，平面高溫發(fā)熱體2的上、下面均鋪有耐高溫絕緣薄層4，測溫?zé)犭娕?放置在高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件3下側(cè)面，測溫?zé)犭娕?與計(jì)算機(jī)6相連接，測量并通過計(jì)算機(jī)6控制高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件3下側(cè)面的溫度，水囊加載器7壓在高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件3上，在高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件3和水囊加載器7之間安放有柔性隔熱材料8，水囊加載器7的上部有一塊鋼制加力平板9，液壓做動器10通過加載聯(lián)桿11和鋼制加力平板9給水囊加載器7施加壓力，通過水囊加載器7和柔性隔熱材料8對高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件3施加均勻的分布載荷，水囊加載器7的四個邊界安裝有陶瓷框架12，液壓做動器10下方安裝有力傳感器13，通過計(jì)算機(jī)6測量和控制施加在高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件3上的壓力的大小。本發(fā)明中平面高溫發(fā)熱體2由鐵、鉻或鋁金屬薄片通過電火花加工成圖2所示的平面形狀，通電后可產(chǎn)生1000°c以上的高溫，給高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件3的下表面加熱。平面高溫發(fā)熱體2的厚度為I. 5-2mm。本發(fā)明中耐高溫絕緣薄層4采用可耐1400°C高溫的柔性石英纖維布，其厚度為2mm?？墒箤?dǎo)電的平面高溫發(fā)熱體2與測溫?zé)犭娕?形成電隔離，保證測溫?zé)犭娕?的弱電信號和計(jì)算機(jī)6的安全。本發(fā)明中水囊加載器7由可耐450°C高溫的氟化橡膠制成，內(nèi)部充有純凈水，水囊加載器7受到向下的力載荷時，可形成與物體隨形的均勻分布力載荷。本發(fā)明中柔性隔熱材料8為可耐1400°C柔性陶瓷纖維，用以降低高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件3向上的熱傳導(dǎo)速度。本發(fā)明中水囊加載器7的四個邊界安裝有陶瓷框架12，用以限制水囊加載器7向水平方向的擴(kuò)張。本發(fā)明克服了以往在1000°C高溫下只能采取多點(diǎn)集中力加載的近似試驗(yàn)方法的缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)在大于1000°C的高溫?zé)岘h(huán)境下，對高速導(dǎo)彈平面結(jié)構(gòu)的施加均勻的高溫分布載荷來進(jìn)行平面構(gòu)件的熱-力聯(lián)合試驗(yàn)，為高速導(dǎo)彈的安全設(shè)計(jì)提供更加接近導(dǎo)彈實(shí)際受力狀態(tài)的高溫載荷試驗(yàn)手段。該項(xiàng)技術(shù)具有重要的軍事工程應(yīng)用價值。本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.高速導(dǎo)彈飛行器平面結(jié)構(gòu)高溫-分布載荷熱強(qiáng)度試驗(yàn)裝置，其特征在于包括由陶瓷基座(I)、平面高溫發(fā)熱體(2)、高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件(3)、耐高溫絕緣薄層(4)、測溫?zé)犭娕?5)、計(jì)算機(jī)(6)、水囊加載器(7)、柔性隔熱材料(8)、鋼制加力平板(9)、液壓做動器(10)、加載聯(lián)桿(11)、力傳感器(13);所述陶瓷基座(I)上安放有平面高溫發(fā)熱體(2)，高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件(3)壓在平面高溫發(fā)熱體(2)上，平面高溫發(fā)熱體(2)的上、下面均鋪有耐高溫絕緣薄層(4)，測溫?zé)犭娕?5)放置在高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件(3)下側(cè)面，測溫?zé)犭娕?5)與計(jì)算機(jī)(6)相連接，測量并通過計(jì)算機(jī)(6)控制高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件(3)下側(cè)面的溫度，水囊加載器(7 )壓在高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件(3 )上，在高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件(3 )和水囊加載器(7)之間安放有柔性隔熱材料(8)，水囊加載器(7)的上部有一塊鋼制加力平板(9)，液壓做動器(10 )通過加載聯(lián)桿(11)和鋼制加力平板(9 )給水囊加載器(7 )施加壓力，通過水囊加載器(7)和柔性隔熱材料(8)對高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件(3)施加均勻的分布載荷，液壓做動器(10)下方安裝有力傳感器(13)，力傳感器(13)與計(jì)算機(jī)(6)相連接，通過計(jì)算機(jī)(6)測量和控制施加在高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件(3 )上的壓力的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高速導(dǎo)彈飛行器平面結(jié)構(gòu)高溫-分布載荷熱強(qiáng)度試驗(yàn)裝置，其特征在于所述平面高溫發(fā)熱體(2)由金屬薄片通過電火花加工成平面廻曲形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高速導(dǎo)彈飛行器平面結(jié)構(gòu)高溫-分布載荷熱強(qiáng)度試驗(yàn)裝置，其特征在于所述耐高溫絕緣薄層(4)耐1400°C高溫的柔性石英纖維布。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高速導(dǎo)彈飛行器平面結(jié)構(gòu)高溫-分布載荷熱強(qiáng)度試驗(yàn)裝置，其特征在于所述水囊加載器(7)由耐450°C高溫的氟化橡膠制成，內(nèi)部充有純凈水。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高速導(dǎo)彈飛行器平面結(jié)構(gòu)高溫-分布載荷熱強(qiáng)度試驗(yàn)裝置，其特征在于所述柔性隔熱材料(8)為耐1400°C柔性陶瓷纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高速導(dǎo)彈飛行器平面結(jié)構(gòu)高溫-分布載荷熱強(qiáng)度試驗(yàn)裝置，其特征在于所述水囊加載器(7)的四個邊界安裝有陶瓷框架(12)，用以限制水囊加載器(7)向水平方向的擴(kuò)張。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高速導(dǎo)彈飛行器平面結(jié)構(gòu)高溫-分布載荷熱強(qiáng)度試驗(yàn)裝置，其特征在于所述平面高溫發(fā)熱體(2)的厚度為I. 5-2mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速導(dǎo)彈飛行器平面結(jié)構(gòu)高溫-分布載荷熱強(qiáng)度試驗(yàn)裝置，其特征在于所述金屬薄片為鐵、鉻或鋁。
全文摘要
高速導(dǎo)彈飛行器平面結(jié)構(gòu)高溫-分布載荷熱強(qiáng)度試驗(yàn)裝置，包括平面高溫發(fā)熱體、高速導(dǎo)彈平面試驗(yàn)件、耐高溫絕緣薄層、測溫?zé)犭娕肌⒂?jì)算機(jī)、水囊加載器、柔性隔熱材料、鋼制加力平板、液壓做動器、加載聯(lián)桿、陶瓷框架、力傳感器，平面高溫發(fā)熱體生成上千度的熱環(huán)境，將可產(chǎn)生分布載荷的水囊加載器與熱源之間進(jìn)行柔性熱隔離。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在大于1000℃的熱環(huán)境下，對高速導(dǎo)彈平面結(jié)構(gòu)施加均勻的高溫分布載荷,為高速導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)提供更加接近實(shí)際受力狀態(tài)的高溫載荷試驗(yàn)手段，本裝置具有重要的軍事工程應(yīng)用價值。
文檔編號G01N3/18GK102721612SQ201210228870
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月3日
發(fā)明者劉華, 吳大方, 潘兵, 王岳武, 趙壽根 申請人:北京航空航天大學(xué)