一种适用于微风洞试验设备的热防护试件的制作方法

1.本发明涉及高超声速飞行器热防护技术领域，特别涉及一种适用于微风洞试验设备的热防护试件。


背景技术：

2.高超声速飞行器(一般指飞行速度超过5马赫的飞行器)，在大气层内长时间高超声速机动飞行，飞行器面临持续气动加热，面临严重的气动加热，峰值热流峰值达到1mw/m2，总加热量为5
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103mj/m2，飞行器表面温度较高。为保证高超声速飞行器受气动加热不被烧坏，飞行器表面需要进行热防护设计，不同热防护方案具有不同的防热效果，为寻求最优的热防护设计方案，需开展地面动态热材料筛选试验考核，试验进入批量生产时，需要对每件产品进行本体取样试片级批量检测，以确保产品工艺质量的一致性。微风洞试验设备操作相对简便、运行成本较低、可控性好，为试片级试验、防热材料的研发设计、批次性产品的一致性检测提供了可行性。不过，现有的微风洞试验设备的热防护试件的大小一般为100mm
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100mm的方形块状试件，但是微风洞试验流场均匀区一般为φ20mm左右，因此，现有的试件相对微风洞试验流场均匀区来说，面积尺寸过大，容易造成热量大量分散流失，且试件各部分受热不均匀，进而使得试验数据的失真率较高。


技术实现要素：

3.本发明提供一种适用于微风洞试验设备的热防护试件，用以解决上述提出的技术问题。
4.本发明提供一种适用于微风洞试验设备的热防护试件，所述热防护试件包括热防护试件背板和设置在热防护试件背板背面的防热层；其中，所述热防护试件背板的中部设有一热阻断层，所述热阻断层将热防护试件背板分割为中心区域和外框区域，所述中心区域为微风洞热防护试验区域。
5.优选的，所述热阻断层仅对所述热防护试件背板进行分割。
6.优选的，所述热阻断层为以热防护试件背板中心为中心设置的方形热阻断层。
7.优选的，所述热阻断层为以热防护试件背板中心为圆心设置的环状热阻断层。
8.优选的，所述环状热阻断层为多个以热防护试件背板中心为圆心、环状排列设置在热防护试件背板上的阻断通孔。
9.优选的，所述阻断通孔仅贯穿热防护试件背板设置。
10.优选的，所述环状热阻断层为一以热防护试件背板中心为圆心设置的阻断环，所述阻断环将热防护试件背板分割为中心区域和外框区域。
11.优选的，所述阻断环内填充有隔热材料。
12.优选的，所述隔热材料为低导热系数材料。
13.优选的，所述热阻断层的尺寸大小与微风洞试验流场均匀区范围一致。
14.本发明所述一种适用于微风洞试验设备的热防护试件，其通过设置热阻断层，将
热防护试件背板分割为中心区域和外框区域，所述中心区域和外框区域之间通过热阻断层实现热量阻断，相互不会进行热量传导，有效提高了测量数据的有效性和重复性，避免由于试件面积尺寸过大造成热量大量分散流失，进而使试验数据失真的问题，可指导高超声速飞行器的热防护设计和理论方法的试验验证。
15.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
16.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
17.图1为本发明实施例所述适用于微风洞试验设备的热防护试件的立体结构示意图；
18.图2为本发明实施例所述适用于微风洞试验设备的热防护试件的主视图；
19.图3为本发明实施例所述适用于微风洞试验设备的热防护试件的侧剖视图；
20.图4为本发明实施例所述适用于微风洞试验设备的热防护试件的另一主视图。
具体实施方式
21.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
22.本发明提供一种适用于微风洞试验设备的热防护试件，如图1至图4所示，所述热防护试件包括热防护试件背板1和设置在热防护试件背板1背面的防热层2；其中，所述热防护试件背板1的中部设有一热阻断层3，所述热阻断层3将热防护试件背板1分割为中心区域11和外框区域12，所述中心区域11为微风洞热防护试验区域。优选的，所述热阻断层3的尺寸大小与微风洞试验流场均匀区一致；且如图3所示，所述热阻断层3仅对所述热防护试件背板1进行分割。
23.通过设置热阻断层3，将热防护试件背板1分割为中心区域11和外框区域12，所述中心区域11和外框区域12之间通过热阻断层3实现热量阻断，相互不会进行热量传导，有效提高了测量数据的有效性和重复性，避免由于试件面积尺寸过大造成热量大量分散流失，进而使试验数据失真的问题，可指导高超声速飞行器的热防护设计和理论方法的试验验证。
24.进一步优选的是，所述热阻断层3可以为以热防护试件背板1中心为中心设置的方形热阻断层3；也可以为以热防护试件背板1中心为圆心设置的环状热阻断层3。以环状热阻断层3为例，如图4所示，所述环状热阻断层3可以为多个以热防护试件背板1中心为圆心、环状排列设置在热防护试件背板1上的阻断通孔。所述阻断通孔仅贯穿热防护试件背板1设置。进一步如图2所示，所述环状热阻断层3还可以为一以热防护试件背板1中心为圆心设置的阻断环，所述阻断环将热防护试件背板1分割为中心区域11和外框区域12。
25.根据微风洞热防护试验的温度区域不同，所述热阻断层3的具体结构设置不一样。优选的是，当微风洞热防护试验的温度区域在100摄氏度以内，则所述热阻断层3可以采用阻断通孔的结构方式，当微风洞热防护试验的温度区域超过100℃，则所述热阻断层3可以采用阻断环的结构方式。进一步的，当微风洞热防护试验的温度区域在100-120℃的范围
内，则进一步在所述阻断环内填充隔热材料，以进一步提高中心区域11和外框区域12之间的热阻断效果。优选的，所述隔热材料为气凝胶。
26.下面是采用本发明提供的一种适用于微风洞试验设备的热防护试件进行试验的具体试验数据：
27.热流密度：240kw/m2，焓值范围：2.23mj/kg，压力8.5kpa，轨道时间1000s，热防护试件背板1材料为石英酚醛 铝合金，防热材料的厚度为10mm，热防护试件背板1的厚度为3mm，其外框尺寸为98mm
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98mm；内圆直径为φ20mm；环状热阻断层3的直径宽度为3mm，理论计算的到外壁温度896℃，内壁温度349℃，试验与理论计算结果误差在10％以内。
28.由上述数据可以看出，采用本发明所述一种适用于微风洞试验设备的热防护试件进行热防护试验，其测量数据的有效性和重复性较高，可指导高超声速飞行器的热防护设计和理论方法的试验验证。
29.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。


技术特征：
1.一种适用于微风洞试验设备的热防护试件，其特征在于，所述热防护试件包括热防护试件背板和设置在热防护试件背板背面的防热层；其中，所述热防护试件背板的中部设有一热阻断层，所述热阻断层将热防护试件背板分割为中心区域和外框区域，所述中心区域为微风洞热防护试验区域。2.根据权利要求1所述一种适用于微风洞试验设备的热防护试件，其特征在于，所述热阻断层仅对所述热防护试件背板进行分割。3.根据权利要求1所述一种适用于微风洞试验设备的热防护试件，其特征在于，所述热阻断层为以热防护试件背板中心为中心设置的方形热阻断层。4.根据权利要求1所述一种适用于微风洞试验设备的热防护试件，其特征在于，所述热阻断层为以热防护试件背板中心为圆心设置的环状热阻断层。5.根据权利要求4所述一种适用于微风洞试验设备的热防护试件，其特征在于，所述环状热阻断层为多个以热防护试件背板中心为圆心、环状排列设置在热防护试件背板上的阻断通孔。6.根据权利要求5所述一种适用于微风洞试验设备的热防护试件，其特征在于，所述阻断通孔仅贯穿热防护试件背板设置。7.根据权利要求4所述一种适用于微风洞试验设备的热防护试件，其特征在于，所述环状热阻断层为一以热防护试件背板中心为圆心设置的阻断环，所述阻断环将热防护试件背板分割为中心区域和外框区域。8.根据权利要求7所述一种适用于微风洞试验设备的热防护试件，其特征在于，所述阻断环内填充有隔热材料。9.根据权利要求8所述一种适用于微风洞试验设备的热防护试件，其特征在于，所述隔热材料为低导热系数材料。10.根据权利要求1所述一种适用于微风洞试验设备的热防护试件，其特征在于，所述热阻断层的尺寸大小与微风洞试验流场均匀区范围一致。

技术总结
本发明提供一种适用于微风洞试验设备的热防护试件，所述热防护试件包括热防护试件背板和设置在热防护试件背板背面的防热层；其中，所述热防护试件背板的中部设有一热阻断层，所述热阻断层将热防护试件背板分割为中心区域和外框区域，所述中心区域为微风洞热防护试验区域。通过设置热阻断层，将热防护试件背板分割为中心区域和外框区域，所述中心区域和外框区域之间通过热阻断层实现热量阻断，相互不会进行热量传导，有效提高了测量数据的有效性和重复性，避免由于试件面积尺寸过大造成热量大量分散流失，进而使试验数据失真的问题，可指导高超声速飞行器的热防护设计和理论方法的试验验证。法的试验验证。法的试验验证。


技术研发人员：肖勇 单华伟 马宝合 安秋龙 马雪松 马朝阳
受保护的技术使用者：湖北航聚科技有限公司
技术研发日：2022.02.25
技术公布日：2022/7/9