石英灯阵高温试验环境换热特性仿真分析

为了分析高温试验环境下不同条件对试件温度的影响,文章建立了高温试验环境的传热模型,采用计算流体动力学(CFD)方法结合Discrete Ordinates(DO)辐射模型,计算分析了不同热源温度、不同试件尺寸以及隔热层有无加装反射涂层情况下石英灯加热器加热试件时的温度分布特性。结果表明:在同样的热源温度下,隔热层加装反射涂层的试件表面温度比无反射涂层隔热层的高18%;由于边界效应的弱化,大尺寸试验件的表面不均匀度>14%,而小尺寸试验件的表面不均匀度<1%;使用小尺寸试验件且隔热层有反射涂层时,在150 s、试验件温度达到1500℃时需要的加热热流密度达1122 kW/m^(2)。以上研究结果可为高温环境模拟试验台的设计提供参考。

辐射加热器灯头盲区对热流场影响分析

石英灯已广泛应用于结构热试验辐射加热器中,但是由于石英灯灯头安装处工作温度较低,因此在两列石英灯连接部位形成灯头盲区,从而使试验件相应区域热流产生明显下降。通过蒙特卡罗方法开展了灯头盲区对热流场的影响分析,获得了灯头盲区尺寸、灯阵与试件距离对热流波谷的影响规律,提出并讨论了改善灯头盲区的方法。研究结果为指导加热器布局设计、提升结构热试验模拟精度具有积极意义。

石英灯加热器热流场计算方法比较

石英灯辐射加热是航天飞行器结构热试验中使用最广泛的气动热模拟方式,获取石英灯加热器辐射流场对提升航天器结构热试验精度、评估试验结果和验证结构设计具有重要意义。文章结合石英灯加热器辐射热流场预示的特点,讨论几种辐射热流场计算模型的适用性,并通过理论、试验与仿真算例相结合的方法,对比分析几种辐射计算软件的计算精度和应用性,给出各计算软件的应用策略,可为试验热环境的准确快速获取提供参考。

大型壳体结构内壁轴向非分段式热环境试验研究

建立大型壳体结构轴向非分段式高温热试验装置。设计直径为14 mm、长度为2.25 m,长度/直径比接近160的超长大功率石英灯加热器,并使用自行研制的大功率可调式供电装置,提高单区域大面积加热源的调控能力,实现2.1 m的大型壳体结构单区域整体连续加热试验研究。该方法有效提高了大型壳体结构内壁试验温度分布的均匀性和真实性,为研制大型高速航天飞行器提供更加良好的高温热环境试验手段。

石英灯加热器的热特性研究

本文通过理论和试验相结合的方法,在石英灯加热器加热过程中,对其放大倍数、时间常数等主要特性参数进行了研究,为热强度试验加热系统的优化设计提供有效数据及方法。

防隔热试验用平板型石英灯加热器热环境分析

本文采用Monte-Carlo法(MCM),对用于防/隔热材料筛选或性能考核试验的平板型石英灯加热器热环境(辐射特性)进行了分析。重点对石英灯加热器中水冷反光板面积、水冷反光板与灯阵间距离、热源疏密程度、热源阵列与材料受热面间距等因素对辐射热场中典型隔热材料受热表面温度分布均匀性和热流密度进行了模拟计算。

平板式石英灯高温红外加热试验系统的研制与应用

为了验证可重复使用运载器和长航时临近空间高超声速飞行器热防护系统所使用的材料与结构在较大总加热量条件下的隔热性能,对平板式石英灯加热器辐射热环境进行了理论分析。在此基础上设计并制造了一套用于飞行器热防护材料和结构隔热性能地面考核试验的热环境模拟设备,并搭建了配套能源和测控系统。利用该套试验系统开展了室温至800℃冷热交变载荷热环境模拟试验、50℃/s温升速率的弹道式连续变化热边界模拟试验、批量热环境加载试验、单热源条件下的多温区非线性气动热环境等效模拟试验等典型应用,验证了加热系统长时间运行的稳定性、热辐射区域较高的温度分布均匀性和测控系统的可靠性。说明该套试验系统能够满足多种类防隔热试验的实际需求。

机匣典型结构热试验试前仿真分析方法研究

针对典型机匣结构热试验仿真预示,提出了一种石英灯加热器仿真模型建模方法,对比了有无灯丝直丝对辐射热流分布的影响,建立了半圆柱壳加热器仿真模型。基于仿真结果,对灯丝交错深度、灯丝距试件表面高度对机匣结构温度响应的影响进行了评估。仿真分析结果表明:灯丝交错深度对温度均匀性的影响较为显著,灯丝交错深度为0时,机匣结构温度分布最为理想;灯丝与试件表面的距离对温度均匀性的影响较小。上述结论可对机匣结构热试验加热器设计提供参考。

基于CATIA二次开发的锥形石英灯加热器参数化设计

介绍了CATIA V5的几种二次开发方式。讨论了Automation API二次开发的基本原理。应用VB语言,基于CATIAAutomation技术实现了锥形石英灯辐射加热器的自动化设计,设计周期缩短,成本降低。锥形石英灯加热器参数化建模的完成为进一步实现虚拟试验提供了支持。

临近空间高超声速飞行器地面热防护试验技术

围绕临近空间高超声速飞行器地面热防护试验共性问题,形成了一套包含临近空间气压环境模拟、红外辐射加热实现、非线性瞬态热载荷控制,以及关键试验参数测量在内的地面热防护试验技术。该试验技术重点涉及一种以双层壁气压环境模拟舱、多级联动真空泵组为主要特征的大型临近空间气压环境地面模拟系统;以石英灯/石墨发热体、热反射屏为关键构件构成的地面热防护试验,用典型红外辐射加热装置设计方法;考虑热损失标定与补偿的温度-热流密度实时迭代耦合控制方法。同时,研制了一种水冷圆箔式热流密度传感器,并结合高度系数修正,形成了高温环境下热防护试验件表面热流密度测量方法,并且简要介绍了针对非金属热防护试验件的2种测温方法。以上技术对临近空间高超声速飞行器热防护设计地面验证,具有重要借鉴价值。