空天飞机测试用加热系统的石墨加热元件热惯性表征方法与流程

技术特征：
1.空天飞机测试用加热系统的石墨加热元件热惯性表征方法，其特征在于，所述方法用于计算由石墨片构成的石墨板（1）与供电设备一起组成的模块石墨加热元件的温升率，包括以下步骤：s1、确定模块石墨加热元件的尺寸数值s1-1、基于待测构件尺寸、石墨片的物理性能，确定石墨板（1）的加热表面面积以及石墨片的面积；s1-2、基于模块石墨加热元件需求的最大热流密度和石墨片单位面积的电流强度，确定石墨片的厚度，公式见下：式中，q
w
为模块石墨加热元件的最大热流密度，σ是模块石墨加热元件的辐射效率，i
d
为通过石墨片单位面积的电流强度，t为石墨片的理论厚度，r
r
为石墨片的电阻率；s1-3、基于供电设备能够承载的最大电流强度，确定石墨片的宽度，公式见下：式中，i
max
为供电设备的最大电流强度，k为安全系数，d为石墨片的理论宽度；s2、确定模块石墨加热元件的电压边界基于石墨片的失效临界温度，确定石墨片能够承载的最大电压，公式见下：式中，u
max
为石墨片能够承载的最大电压，ε是stefan-boltzman常数，λ为石墨片的表面发射率，t
max
为石墨片的失效临界温度，s为石墨片的面积；s3、确定模块石墨加热元件的热惯性表征参数使用模块石墨加热元件的温升率作为热惯性表征参数，公式见下：式中，k
δ
为模块石墨加热元件的温升率，u为石墨片上的电压，c为石墨片的比热容，ρ为石墨片的体积密度。2.如权利要求1所述的空天飞机测试用加热系统的石墨加热元件热惯性表征方法，其特征在于，基于步骤s2、步骤s3中公式，能够得到模块石墨加热元件的最大温升率，公式见下：式中，为模块石墨加热元件的最大温升率。3.如权利要求1所述的空天飞机测试用加热系统的石墨加热元件热惯性表征方法，其特征在于，所述步骤s13中，避免石墨片在高温下升华和挥发，石墨片单位面积的电流强度的优选取值范围为7~15 a/mm2。4.如权利要求1所述的空天飞机测试用加热系统的石墨加热元件热惯性表征方法，其特征在于，构成所述石墨板（1）的石墨片间的缝隙宽度为2 mm。
5.如权利要求1所述的空天飞机测试用加热系统的石墨加热元件热惯性表征方法，其特征在于，所述步骤s1-2、步骤s1-3中，当模块石墨加热元件的最大热流密度满足需求时，基于石墨片单位面积的电流强度的取值范围，能够得到石墨片的厚度为2~6 mm，石墨片的宽度为13~20 mm。6.如权利要求1所述的空天飞机测试用加热系统的石墨加热元件热惯性表征方法，其特征在于，所述石墨片的材料纯度为99.99%，所述石墨片的发射率为98%。7.如权利要求1所述的空天飞机测试用加热系统的石墨加热元件热惯性表征方法，其特征在于，所述石墨片的性能参数见下：比热容为1.8 kj/(kg
·
k)，体积密度为1.8 g/cm3，电阻率为10 μω
·
m，抗压强度为80 n/mm2，抗折强度为40 n/mm2，线性热膨胀系数为4.8 mm/(k
·
m)，弹性模量为11 kn/mm2。

技术总结
本发明涉及飞机测试技术领域，具体为空天飞机测试用加热系统的石墨加热元件热惯性表征方法；主要通过“确定模块石墨加热元件的尺寸数值


技术研发人员：王彬文 秦强 李军鹏 李世平
受保护的技术使用者：中国飞机强度研究所
技术研发日：2022.06.13
技术公布日：2022/7/15