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回顾了高超声速飞行器建立的几种热防护系统,简要分析了吸气式发动机高超声速飞行器尖前缘的热环境特点及相应防热材料发展的趋势,介绍了近20年来美国在吸气式发动机高超声速飞行器相关研究中所开展的Hytech、X43A及NGLT等三个研究项目,重点介绍这些研究项目中尖前缘材料的发展以及进行的气动热试验.

关键词: 尖前缘材料 , 高超声速飞行器 , 气动热试验

复合材料炭化速率实验研究

刘德英 , 涂建强 , 陈海群 , 陈连忠

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2009.05.019

为了解炭化材料内部的炭化过程,用四种配方的复合材料,采用石英灯组辐射加热的方法,在材料不同厚度位置敷设测温热电偶,根据测量的材料不同厚度位置的背面温度以及已确定的炭化速率求解公式算出材料的炭化速率,给出四种不同材料的炭化速率沿厚度方向的变化曲线,初步反映材料内部的炭化过程.

关键词: 长时间加热 , 炭化速率 , 辐射加热

采用等离子电弧加热器双模型矩形湍流导管试验技术模拟了发动机内流热环境,对背面喷涂了高辐射涂层的发动机防热材料进行了热防护性能考核.利用改进的试验件安装方法,在防热材料的背面提供了开敞式的常温环境,使防热材料的高温背面能够对周围常温环境辐射散热,模拟了防热材料背面的换热环境.采用K型热电偶和单色红外测温仪测量了防热材料背面高辐射涂层的温度.根据以上两种不同测温方式测量的温度曲线,得到了该背面喷涂的高辐射涂层材料的光谱发射率随温度的变化曲线.试验结果表明:背面喷涂了高辐射涂层的材料背面温度比材料背面没有涂层的低了81.1 K;当温度在1 103～1 153K时,该高辐射涂层材料的光谱发射率ελ(λ=1.6 μm)为0.89 ～0.77,随温度升高,ελ呈下降趋势.

关键词: 电弧加热器 , 内流热环境 , 发动机防热材料 , 背面高辐射涂层 , 光谱发射率

内流热环境的热流模拟方法

涂建强 , 刘德英 , 陈连忠

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2009.02.007

对内流热环境的热流测量方法进行了试验研究和模拟,对比分析了内流热环境与外流热环境的不同.采用超声速矩形湍流导管试验技术,利用等离子电孤加热器进行了内流与外流热环境的表面冷壁热流测量和材料考核试验.结果表明:在来流条件相同的情况下,与外流热环境下的测量值相比较,内流热环境下的冷壁热流值高出40%多,相同材料的背面温度高出400℃.通过直接测量的冷壁热流换算得到的热壁热流值却不到外流热环境下的热壁热流值的50%.因此,进行发动机防热设计时,必须进行材料考核试验,必须考虑材料的使用热环境,否则对材料的烧蚀性能的评估影响很大.

关键词: 内流热环境 , 外流热环境 , 热流模拟方法 , 热流密度 , 电弧加热器

长时间隔热材料环境的稳态热流测量方法

涂建强 , 刘德英 , 陈海群

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2008.02.020

介绍并研究了一种基于一维稳态热传导原理的三段稳态塞式量热计.该量热计通过测量探芯中间康铜段前、后表面上的温差来得到壁面热流密度.适合稳态、低热流状态下,驻点及大面积区长时间隔热材料上的多点测量.首先从理论上分析了三段稳态塞式量热计的稳态热流测量原理;然后采用超声速矩形湍流导管试验技术,利用等离子电弧加热器进行了表面热流测量试验.结果表明:在包含来流参数约±4%的系统误差情况下,三段稳态塞式量热计的测量重复性偏差为±7.6%,经误差分析得到该量热计的热流测量精度在5%以内.

关键词: 隔热材料 , 稳态热流测量技术 , 气动热试验 , 电弧加热器