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一種極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置,包括高超聲速飛行器納米隔熱材料試驗(yàn)件、一級隔熱平臺、貴金屬鉑銠壓片、雙鉑銠溫度傳感器、空心陶瓷桿、半圓形卡箍、拉緊彈簧、二級隔熱平臺、振動(dòng)臺體、激振平臺、水冷通道、紅外輻射熱源陣列、大功率調(diào)節(jié)器、固定電極、聯(lián)接支架、輕質(zhì)隔熱材料、振動(dòng)臺驅(qū)動(dòng)控制器、陶瓷管與耐高溫柔性薄氈。該實(shí)驗(yàn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)溫度高達(dá)1500℃的極端高溫環(huán)境下高超聲速飛行器納米隔熱材料抗振動(dòng)性能的實(shí)驗(yàn)測量，為高超聲速遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)飛行器所使用的新型納米隔熱材料在極端高溫環(huán)境下的承載能力、防隔熱性能和安全可靠性設(shè)計(jì)提供重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，對高超聲速飛行器的研制具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】一種極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置，特別是該實(shí)驗(yàn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)1500°c的極端高溫環(huán)境下高超聲速飛行器納米隔熱材料抗振動(dòng)性能的實(shí)驗(yàn)測試，為高超聲速遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)飛行器所使用的新型納米隔熱材料在極端高溫環(huán)境下的承載能力、防隔熱性能和安全可靠性設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。
【背景技術(shù)】
[0002]高超聲速飛行器能夠?qū)崿F(xiàn)全球遠(yuǎn)距離快速到達(dá)，實(shí)施有效的高空高速突防，完成快速精確打擊。由于具有極其重要的軍事應(yīng)用價(jià)值和對國家安全具有重大的戰(zhàn)略意義，高超聲速飛行器已經(jīng)成為世界各主要航天大國研究的熱點(diǎn)。高超聲速飛行器的飛行速度非常快，一般在5倍音速以上(大于5個(gè)馬赫)，美國國防部研發(fā)的高超聲速飛行器HTV-2，其飛行馬赫數(shù)已高達(dá)22 ;俄羅斯目前在著力研究發(fā)展馬赫數(shù)達(dá)14的具有超“領(lǐng)空”打擊能力的空天飛機(jī)；法國國防部也開展了馬赫數(shù)為12的高超聲速機(jī)動(dòng)飛行器的研制計(jì)劃；德國國家航宇中心研制的高超聲速飛行器SHEFEX II的設(shè)計(jì)速度高達(dá)12個(gè)馬赫。此外，英國、日本等國家也都開展了有關(guān)高超聲速飛行器技術(shù)的研究。由于高超聲速飛行器的速度和飛行時(shí)間的大幅度提聞，聞馬赫數(shù)飛行時(shí)由氣動(dòng)加熱廣生的熱環(huán)境問題變得極為嚴(yán)酷。在聞馬赫數(shù)飛行時(shí)高超聲速飛行器的有些關(guān)鍵部位的溫度高達(dá)1500°C，像進(jìn)氣道和某些姿態(tài)控制部位的局部溫度甚至超過了 1500°C。因此極端高溫環(huán)境下的地面試驗(yàn)對高超聲速飛行器的安全設(shè)計(jì)極為重要。
[0003]遠(yuǎn)程高超聲速飛行器的某些部位不但處于極端惡劣的的高溫環(huán)境之中，而且其高溫持續(xù)時(shí)間甚至要長達(dá)數(shù)千秒。由于高超聲速飛行器內(nèi)部安裝有精密的電子設(shè)備以及戰(zhàn)斗部等，其溫度不允許超過80°C。為減輕重量，高超聲速飛行器的熱防護(hù)空間很小。因此必須研制和安裝高效隔熱材料或熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，以降低高超聲速飛行器表面熱量向內(nèi)部的傳導(dǎo)速度，保證內(nèi)部設(shè)備的安全。熱防護(hù)材料和結(jié)構(gòu)的要求是:重量輕、厚度小、防熱效率高，普通的防熱材料難于滿足要求，近年來采用新型納米材料是滿足高超聲速飛行器防隔熱需求的重要研究方向。
[0004]雖然納米防熱材料的隔熱性能優(yōu)越，但由于存在大量微細(xì)孔，結(jié)構(gòu)松散，抵抗振動(dòng)的能力相對較低，因此如何解決將強(qiáng)度不高的納米防隔熱材料在高溫與強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境下能夠地可靠地使用問題非常重要。有些熱防護(hù)結(jié)構(gòu)為了提高隔熱效能，由多層不同的材料或組合結(jié)構(gòu)制成(如圖1所示)，多層結(jié)構(gòu)和復(fù)雜組合結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)嚴(yán)重的安全問題。由于遠(yuǎn)程高超聲速飛行器處于長時(shí)間的高溫和劇烈振動(dòng)環(huán)境之中，激烈的抖動(dòng)會(huì)引起防熱材料或熱防護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋、錯(cuò)位、剝離或脫落，造成嚴(yán)重的熱泄露甚至造成致命的安全事故。例如，美國“哥倫比亞號”航天飛機(jī)由于一塊外部燃料箱防護(hù)材料脫落，造成機(jī)翼前端熱防護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)裂痕，航天飛機(jī)重返大氣層時(shí)極熱的氣體從裂痕處進(jìn)入機(jī)翼，引起機(jī)翼內(nèi)部結(jié)構(gòu)熔化，最終導(dǎo)致全機(jī)爆炸解體，損失極為慘重。美國軍方研制的高超聲速飛行器HTV-2，第二次試飛時(shí)熱防護(hù)材料出現(xiàn)剝離，氣動(dòng)熱參數(shù)超過設(shè)計(jì)指標(biāo)兩個(gè)數(shù)量級，最終導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。因此為了保證遠(yuǎn)程高超聲速飛行器的安全可靠性，必須對防熱材料、防熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行高溫振動(dòng)條件下的熱振聯(lián)合地面驗(yàn)證試驗(yàn)，模擬高超聲速飛行器高馬赫數(shù)飛行過程中的極端高溫與強(qiáng)振動(dòng)的復(fù)合環(huán)境，通過熱振聯(lián)合試驗(yàn)方法檢驗(yàn)防熱材料和結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下的抗振動(dòng)能力、防隔熱效果以及穩(wěn)定性和可靠性。這項(xiàng)工作對于高超聲速飛行器的安全設(shè)計(jì)和可靠性評估具有極為重要的意義。
[0005]但是，目前尚未有能夠在高達(dá)1500°C的極端高溫環(huán)境下能對納米防熱材料的抗振動(dòng)性能進(jìn)行熱振聯(lián)合試驗(yàn)測試的裝置。為了確認(rèn)高超聲速飛行器防隔熱材料和結(jié)構(gòu)在惡劣的高溫強(qiáng)振動(dòng)復(fù)合環(huán)境下的可靠性，保證遠(yuǎn)程飛行的安全，目前高超聲速飛行器的研制部門對于高達(dá)1500°C熱振復(fù)合環(huán)境下納米防熱材料的抗振性能測試提出了迫切需求，因此，極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置的研制不但具有重要工程應(yīng)用背景并且是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的研究課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置，能夠完成存在大量微細(xì)孔，結(jié)構(gòu)松散的納米材料表面高達(dá)1500°C的溫度下以及強(qiáng)振動(dòng)條件下的可靠溫度測量，達(dá)到熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)的目的。并且能夠在高達(dá)1500°C的極端惡劣高溫環(huán)境下對價(jià)格昂貴的帶有橡膠密封部件的激振設(shè)備進(jìn)行熱隔離和熱保護(hù)，保證振動(dòng)激振設(shè)備能夠在長達(dá)數(shù)千秒的時(shí)間內(nèi)連續(xù)安全工作。為高超聲速遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)飛行器所使用的新型納米隔熱材料在極端高溫環(huán)境下的承載能力、防隔熱性能和安全設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置，包括:高超聲速飛行器納米隔熱材料試驗(yàn)件、一級隔熱平臺、貴金屬鉬銠壓片、雙鉬銠溫度傳感器、空心陶瓷桿、半圓形卡箍、拉緊彈簧、二級隔熱平臺、振動(dòng)臺體、激振平臺、水冷通道、紅外輻射熱源陣列、大功率調(diào)節(jié)器、固定電極、聯(lián)接支架、輕質(zhì)隔熱材料、振動(dòng)臺驅(qū)動(dòng)控制器、陶瓷管與耐高溫柔性薄氈；所述高超聲速飛行器納米隔熱材料試驗(yàn)件被固定在一級隔熱平臺上，將貴金屬鉬銠壓片壓在測溫用雙鉬銠溫度傳感器之上，并通過四根十字交叉安裝的空心陶瓷桿將雙鉬銠溫度傳感器的前端緊緊壓接在納米隔熱材料試驗(yàn)件上；將四根空心高溫陶瓷桿的端部位置，通過半圓形卡箍和拉緊彈簧固定在二級隔熱平臺上，熱振聯(lián)合試驗(yàn)時(shí)雙鉬銠溫度傳感器的溫度感知端部由于被貴金屬鉬銠壓片向下緊壓，因此會(huì)隨二級隔熱平臺的振動(dòng)上下同步運(yùn)動(dòng)，使得雙鉬銠溫度傳感器的前端部位能夠在高強(qiáng)度隨機(jī)振動(dòng)下始終與納米隔熱材料試驗(yàn)件保持緊密接觸，雙鉬銠溫度傳感器能夠可靠地測量出在1500°C高溫強(qiáng)振動(dòng)復(fù)合環(huán)境下的納米隔熱材料試驗(yàn)件的表面溫度。
[0008]進(jìn)一步的，所述試驗(yàn)裝置具有一級隔熱平臺與二級隔熱平臺，一級隔熱平臺和二級隔熱平臺均水平固定在振動(dòng)臺體的激振平臺上，兩級復(fù)合式水冷式隔熱措施來保證價(jià)格昂貴的和易于損壞的振動(dòng)設(shè)備的可靠熱隔離。
[0009]進(jìn)一步的，所述一級隔熱平臺與二級隔熱平臺的內(nèi)部加工有廻形水冷通道，熱振聯(lián)合試驗(yàn)時(shí)廻形水冷通道內(nèi)部流過冷卻水對一級隔熱平臺和二級隔熱平臺進(jìn)行降溫。
[0010]進(jìn)一步的，所述紅外輻射加熱陣列通過固定電極和聯(lián)接支架被吊裝在納米隔熱材料試驗(yàn)件之上，紅外輻射熱源陣列與振動(dòng)臺體和激振平臺之間沒有硬聯(lián)接部分，使試驗(yàn)時(shí)紅外輻射熱源陣列保持靜止?fàn)顟B(tài)，避免了脆弱的紅外輻射熱源陣列由于激振平臺的上下高強(qiáng)度隨機(jī)振動(dòng)被振壞。
[0011]進(jìn)一步的，所述雙鉬銠溫度傳感器的兩根金屬絲上穿有細(xì)陶瓷管，使金屬絲之間以及金屬絲與貴金屬鉬銠壓片之間相互絕緣，防止金屬絲雙鉬銠溫度傳感器及貴金屬鉬銠壓片之間出現(xiàn)短路現(xiàn)象。
[0012]進(jìn)一步的，所述四根空心陶瓷桿的端部位置共設(shè)有8個(gè)拉緊彈簧，用以吸收振動(dòng)沖擊能量。
[0013]進(jìn)一步的，所述四根空心高溫陶瓷桿的十字交叉處，均放置有厚度為3-4_的耐高溫柔性薄氈作為緩沖過渡部件，用以吸收振動(dòng)時(shí)沖擊能量。
[0014]進(jìn)一步的，所述紅外輻射加熱陣列由使用極限溫度為1500°C的硅碳棒平行排列組成。
[0015]進(jìn)一步的，所述納米隔熱材料試驗(yàn)件的四周以及紅外輻射熱源陣列的上部和周圍均安裝有輕質(zhì)隔熱材料，防止1500°C高溫試驗(yàn)時(shí)的熱泄露。
[0016]本發(fā)明的原理在于:
[0017]在納米隔熱材料試驗(yàn)件的上方安裝有紅外輻射熱源陣列，通過聯(lián)接大功率調(diào)節(jié)器供電，對納米隔熱材料試驗(yàn)件的上表面進(jìn)行加熱。紅外輻射加熱陣列通過固定電極和聯(lián)接支架被吊裝在納米隔熱材料試驗(yàn)件之上，紅外輻射熱源陣列與振動(dòng)臺體和激振平臺之間沒有硬聯(lián)接部分，試驗(yàn)時(shí)紅外輻射熱源陣列將會(huì)保持靜止?fàn)顟B(tài)，因此避免了脆弱的紅外輻射熱源陣列由于激振平臺的高強(qiáng)度振動(dòng)而被振壞。納米隔熱材料試驗(yàn)件的四周以及紅外輻射熱源陣列的上部和周圍均安裝有輕質(zhì)隔熱材料，防止1500°C高溫試驗(yàn)時(shí)的熱泄漏。在試驗(yàn)中振動(dòng)臺驅(qū)動(dòng)控制器按照所設(shè)定的振動(dòng)波形和強(qiáng)度驅(qū)動(dòng)激振平臺上下運(yùn)動(dòng)，對被固定在一級隔熱平臺上的納米隔熱材料試驗(yàn)件進(jìn)行振動(dòng)激勵(lì)，以實(shí)現(xiàn)溫度高達(dá)1500°C的極端高溫環(huán)境下高超聲速飛行器納米隔熱材料抗振動(dòng)性能實(shí)驗(yàn)測試。
[0018]由于雙鉬銠溫度傳感器是由兩根細(xì)長的金屬絲制成的熱電偶，形狀細(xì)長并且柔軟，在高強(qiáng)度的振動(dòng)下會(huì)上下甩動(dòng)，造成損壞。因此不但使用一塊可耐1500°C高溫的貴金屬鉬銠壓片壓在雙鉬銠溫度傳感器的測溫端部，還使用另一塊貴金屬鉬銠壓片壓在雙鉬銠溫度傳感器的根部的附近，通過四根空心陶瓷桿將雙鉬銠溫度傳感器的緊壓在納米隔熱材料試驗(yàn)件上，試驗(yàn)時(shí)雙鉬銠溫度傳感器的能夠在高強(qiáng)度振動(dòng)下與納米隔熱材料試驗(yàn)件保持同步振動(dòng)，避免了試驗(yàn)時(shí)雙鉬銠溫度傳感器的抖動(dòng)損壞，保證了長時(shí)間熱振試驗(yàn)時(shí)測溫的可靠性。
[0019]因?yàn)殡p鉬銠溫度傳感器與貴金屬鉬銠壓片均為導(dǎo)電金屬材料，為避免雙鉬銠溫度傳感器與貴金屬鉬銠壓片之間產(chǎn)生短路，同時(shí)防止雙鉬銠溫度傳感器的兩根金屬絲之間出現(xiàn)短路現(xiàn)象，所述雙鉬銠溫度傳感器的兩根金屬絲上均穿有細(xì)陶瓷管，使金屬絲之間以及金屬絲與貴金屬鉬銠壓片之間絕緣。
[0020]在高溫振動(dòng)環(huán)境下細(xì)長的實(shí)心高溫陶瓷桿結(jié)構(gòu)容易斷裂，因此采用中空結(jié)構(gòu)的四根交叉安裝的空心陶瓷桿將雙鉬銠溫度傳感器的前端緊緊壓接在納米隔熱材料試驗(yàn)件上，由于陶瓷桿是中空的，空心陶瓷桿的內(nèi)、外邊界自由膨脹空間大，在高溫?zé)岘h(huán)境下的抗斷裂特性比實(shí)心結(jié)構(gòu)更好。四根空心高溫陶瓷桿之間有四個(gè)交叉點(diǎn)，由于四根空心高溫陶瓷桿之間會(huì)產(chǎn)生剛性材料的硬接觸，在強(qiáng)振動(dòng)下容易斷裂，因此在四根空心高溫陶瓷桿的十字交叉處,均放置有厚度為3-4_的耐高溫柔性薄氈作為緩沖過渡部件，以吸收振動(dòng)時(shí)沖擊能量。另外四根空心陶瓷桿的端部位置均設(shè)有拉緊彈簧與二級隔熱平臺聯(lián)接，也可以吸收振動(dòng)沖擊能量，所述兩級減振措施的采用，避免了強(qiáng)振動(dòng)時(shí)剛性的空心高溫陶瓷桿的斷裂破壞。
[0021]為了本試驗(yàn)裝置要能夠在超過大多數(shù)金屬材料熔點(diǎn)的高達(dá)1500°C的極端高溫環(huán)境下安全工作，本發(fā)明設(shè)計(jì)制做了兩級水冷式隔熱平臺對價(jià)格昂貴的和易于損壞的振動(dòng)設(shè)備進(jìn)行熱隔離。一級隔熱平臺與二級隔熱平臺內(nèi)部均加工有如圖2所示的廻形水冷通道，該設(shè)計(jì)比起直線型貫通水冷通道，具有重量輕、隔熱效率高的優(yōu)點(diǎn)。由于安裝隔熱平臺會(huì)產(chǎn)生附加質(zhì)量，將減低激振設(shè)備的最大有效推力，因此將距離處于高溫區(qū)的與納米隔熱材料試驗(yàn)件比較近一級隔熱平臺的平面尺寸設(shè)計(jì)得較小，主要用于對1500°C高溫環(huán)境中部高熱區(qū)域?qū)崿F(xiàn)熱隔離。由于一級隔熱平臺的平面尺寸設(shè)計(jì)得較小，其附加質(zhì)量也相對較小，對激振設(shè)備推力的影響也較小。二級隔熱平臺的平面尺寸相對較大，能夠完全覆蓋整個(gè)激振平臺，通過平面尺寸較大的二級隔熱平臺對試驗(yàn)中的極端高溫環(huán)境進(jìn)行的二次熱隔離，確保了振動(dòng)激振設(shè)備的安全可靠性。上述極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置，為高超聲速遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)飛行器所使用的新型納米隔熱材料在極端高溫環(huán)境下的承載能力、防隔熱性能和安全設(shè)計(jì)提供可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0023](I)本發(fā)明使用耐溫高達(dá)1800°C的貴金屬鉬銠壓片壓住測溫用雙鉬銠溫度傳感器的測溫端部，通過四根十字交叉安裝的空心陶瓷桿將雙鉬銠溫度傳感器的前端壓接在納米隔熱材料試驗(yàn)件上，保證了實(shí)驗(yàn)過程中雙鉬銠溫度傳感器始終能夠與納米隔熱材料試驗(yàn)件表面緊密接觸和溫度測量的可靠性。并且使用拉緊彈簧將空心高溫陶瓷桿的兩端固定，拉緊彈簧可有效吸收沖擊能量；在四根空心陶瓷桿的交叉點(diǎn)處安裝耐高溫柔性薄氈作為緩沖過渡部件，防止使剛性陶瓷桿產(chǎn)生硬接觸點(diǎn)。由于采用了上述兩級吸收振動(dòng)沖擊能量的減振技術(shù)措施，避免了高溫強(qiáng)振動(dòng)復(fù)合環(huán)境下四根十字交叉安裝的剛性空心高溫陶瓷桿的斷裂破壞。為了使試驗(yàn)裝置能夠在超過大多數(shù)金屬材料熔點(diǎn)的高達(dá)1500°C的極端高溫環(huán)境下安全工作，設(shè)計(jì)制做了兩級水冷式隔熱平臺對價(jià)格昂貴和易于損壞的振動(dòng)設(shè)備進(jìn)行熱隔離，確保了振動(dòng)激振設(shè)備的安全可靠性。本發(fā)明能夠在惡劣的1500°C高溫強(qiáng)振動(dòng)復(fù)合環(huán)境下能夠可靠地測量出結(jié)構(gòu)比較松散的納米隔熱材料試驗(yàn)件的表面溫度、隔熱效果及抗振動(dòng)性能，為高超聲速遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)飛行器所使用的新型納米隔熱材料在極端高溫環(huán)境下的承載能力、防隔熱特性和安全設(shè)計(jì)提供了可靠試驗(yàn)依據(jù)，對高超聲速飛行器的研制具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
[0024](2)由于雙鉬銠溫度傳感器是由兩根細(xì)長的金屬絲制成的熱電偶，形狀細(xì)長且柔軟，在高強(qiáng)度的隨即振動(dòng)下會(huì)上下甩動(dòng)，造成損壞。因此本發(fā)明不但使用一塊可耐1500°C高溫的貴金屬鉬銠壓片壓在雙鉬銠溫度傳感器的測溫端部，還使用另一塊貴金屬鉬銠壓片壓在雙鉬銠溫度傳感器的根部附近，通過四根空心陶瓷桿將雙鉬銠溫度傳感器緊壓在納米隔熱材料試驗(yàn)件上，試驗(yàn)時(shí)雙鉬銠溫度傳感器的整體能夠在高強(qiáng)度振動(dòng)下與納米隔熱材料試驗(yàn)件保持同步運(yùn)動(dòng)，避免了試驗(yàn)時(shí)雙鉬銠溫度傳感器的抖動(dòng)損壞，保證了長時(shí)間熱振聯(lián)合試驗(yàn)中溫度測量的可靠性。
[0025](3)因?yàn)樵诟邷卣駝?dòng)環(huán)境下實(shí)心的高溫陶瓷桿結(jié)構(gòu)容易斷裂，因此采用中空結(jié)構(gòu)的四根十字交叉安裝的空心陶瓷桿將雙鉬銠溫度傳感器的前端壓接在納米隔熱材料試驗(yàn)件上。因?yàn)槭褂弥锌盏奶沾蓷U結(jié)構(gòu)，桿的內(nèi)、外自由膨脹空間大，在極端高溫環(huán)境下的抗斷裂特性更好，不易斷裂。
[0026](4)由于四根十字交叉安裝的空心高溫陶瓷桿之間有四個(gè)接觸點(diǎn)，因此會(huì)出現(xiàn)陶瓷桿之間的剛性硬接觸區(qū)，在強(qiáng)振動(dòng)下容易出現(xiàn)斷裂情況。本發(fā)明在四根空心高溫陶瓷桿的十字交叉處，均放置有厚度為3-4_的耐高溫柔性薄氈作為緩沖過渡材料，用以吸收振動(dòng)時(shí)沖擊能量。另外，四根空心陶瓷桿的端部位置均安裝有八根拉緊彈簧，也能夠吸收振動(dòng)沖擊能量，兩級減振措施的采用，避免了強(qiáng)振動(dòng)時(shí)剛性空心高溫陶瓷桿的斷裂破壞。
[0027](5)本發(fā)明設(shè)計(jì)制做了兩級復(fù)合式水冷式隔熱平臺對價(jià)格昂貴的振動(dòng)設(shè)備進(jìn)行熱隔離。由于隔熱平臺會(huì)產(chǎn)生附加質(zhì)量，對激振設(shè)備的有效推力會(huì)有影響，因此距離處于高溫區(qū)的納米隔熱材料試驗(yàn)件比較近一級隔熱平臺的平面尺寸設(shè)計(jì)得較小，主要用于對1500°C熱環(huán)境的中部高溫區(qū)域?qū)崿F(xiàn)熱隔離，由于一級隔熱平臺的平面尺寸較小，其附加質(zhì)量也相對較小，對激振設(shè)備推力的影響也較小。二級隔熱平臺的平面尺寸相對較大，能夠完全覆蓋整個(gè)激振平臺，通過平面尺寸較大的二級隔熱平臺對試驗(yàn)中的極端高溫環(huán)境進(jìn)行的二次熱隔離，確保了對于熱環(huán)境比較脆弱的振動(dòng)激振設(shè)備的安全可靠性。
[0028](6) 一級隔熱平臺與二級隔熱平臺的內(nèi)部均加工有廻形水冷通道，該設(shè)計(jì)比起直線型貫通水冷通道，具有重量輕，隔熱效率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0029](7)本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡潔，為新型納米隔熱材料在高達(dá)1500°C極端高溫與強(qiáng)振動(dòng)的復(fù)合環(huán)境下的承載能力、防隔熱性能和安全設(shè)計(jì)提供了重要的試驗(yàn)測試手段。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為聞超聲速飛行器納米隔熱材料不意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3為本發(fā)明的含有廻形水冷通道的隔熱平臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0034]如圖2和圖3所示，本發(fā)明由高超聲速飛行器納米隔熱材料試驗(yàn)件1、一級隔熱平臺2、貴金屬鉬銠壓片3、雙鉬銠溫度傳感器4、空心陶瓷桿5、半圓形卡箍6、拉緊彈簧7、二級隔熱平臺8、振動(dòng)臺體9、激振平臺10、水冷通道11、紅外輻射熱源陣列12、大功率調(diào)節(jié)器13、固定電極14、聯(lián)接支架15、輕質(zhì)隔熱材料16、振動(dòng)臺驅(qū)動(dòng)控制器17、陶瓷管18與耐高溫柔性薄氈19組成。高超聲速飛行器納米隔熱材料試驗(yàn)件I被固定在一級隔熱平臺2上，將貴金屬鉬銠壓片3壓在測溫用雙鉬銠溫度傳感器4的測溫端部，并通過四根十字交叉安裝的空心陶瓷桿5將雙鉬銠溫度傳感器4的前端緊緊壓接在納米隔熱材料試驗(yàn)件I上；通過半圓形卡箍6和拉緊彈簧7將四根空心高溫陶瓷桿5的端部固定在二級隔熱平臺8上，熱振聯(lián)合試驗(yàn)時(shí)雙鉬銠溫度傳感器4的溫度感知端部由于被貴金屬鉬銠壓片3向下緊壓，因此會(huì)隨二級隔熱平臺8的振動(dòng)上下同步運(yùn)動(dòng)，使得雙鉬銠溫度傳感器4的前端部位能夠在高強(qiáng)度隨機(jī)振動(dòng)條件下始終與納米隔熱材料試驗(yàn)件I保持緊密接觸，從而使雙鉬銠溫度傳感器4能夠可靠地測量出1500°C高溫與強(qiáng)振動(dòng)復(fù)合環(huán)境下的納米隔熱材料試驗(yàn)件I的表面溫度。一級隔熱平臺2和二級隔熱平臺8均水平固定在振動(dòng)臺體9的激振平臺10上，一級隔熱平臺2與二級隔熱平臺8的內(nèi)部加工有廻形水冷通道11，在熱振試驗(yàn)時(shí)通過流動(dòng)的冷卻水隔離高溫環(huán)境，能夠?qū)μ幱诩ふ衿脚_10下面的極易由于高溫而損壞的橡膠封閉件及激勵(lì)動(dòng)圈等部件進(jìn)行熱隔離和熱保護(hù)，以達(dá)到在高達(dá)1500°C的極端高溫環(huán)境下能夠保證昂貴的振動(dòng)激振設(shè)備長時(shí)間安全可靠工作的目的。在納米隔熱材料試驗(yàn)件I的上方安裝有紅外輻射熱源陣列12，通過聯(lián)接大功率調(diào)節(jié)器13供電，對納米隔熱材料試驗(yàn)件I的上表面進(jìn)行加熱。紅外輻射加熱陣列12通過固定電極14和聯(lián)接支架15被吊裝在納米隔熱材料試驗(yàn)件I的上方，紅外輻射熱源陣列12與激振平臺10之間沒有硬聯(lián)接部分，試驗(yàn)時(shí)紅外輻射熱源陣列12將會(huì)保持靜止?fàn)顟B(tài)，因此避免了脆弱的紅外輻射熱源陣列12由于激振平臺10的上下高強(qiáng)度隨機(jī)振動(dòng)而損壞。納米隔熱材料試驗(yàn)件I的四周以及紅外輻射熱源陣列12的上部和周圍均安裝有輕質(zhì)隔熱材料16，防止1500°C高溫試驗(yàn)時(shí)的熱泄露。在實(shí)驗(yàn)中振動(dòng)臺驅(qū)動(dòng)控制器17按照所設(shè)定的振動(dòng)波形和強(qiáng)度驅(qū)動(dòng)激振平臺10上下運(yùn)動(dòng)，對被固定在一級隔熱平臺2上的納米隔熱材料試驗(yàn)件I進(jìn)行振動(dòng)激勵(lì)。
[0035]由于雙鉬銠溫度傳感器4是由兩根細(xì)長的金屬絲制成的熱電偶，形狀細(xì)長且柔軟，在高強(qiáng)度的振動(dòng)下會(huì)上下甩動(dòng)，極易造成損壞。因此不但使用一塊可耐1500°C高溫的貴金屬鉬銠壓片3壓在雙鉬銠溫度傳感器4的測溫端部，還使用另一塊貴金屬鉬銠壓片3壓在雙鉬銠溫度傳感器4的根部的附近，通過四根十字交叉安裝的空心陶瓷桿5將雙鉬銠溫度傳感器4緊壓在納米隔熱材料試驗(yàn)件I上，試驗(yàn)時(shí)雙鉬銠溫度傳感器4能夠在高強(qiáng)度振動(dòng)下與納米隔熱材料試驗(yàn)件I保持同步振動(dòng)，避免了實(shí)驗(yàn)過程中雙鉬銠溫度傳感器4的抖動(dòng)損壞，保證了長時(shí)間熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)溫度測量的可靠性。
[0036]由于雙鉬銠溫度傳感器4與貴金屬鉬銠壓片3均為導(dǎo)電金屬材料，為了避免雙鉬銠溫度傳感器4與貴金屬鉬銠壓片3之間產(chǎn)生短路，同時(shí)防止雙鉬銠溫度傳感器4的兩根金屬絲之間出現(xiàn)短路現(xiàn)象，雙鉬銠溫度傳感器4的兩根金屬絲上均穿有細(xì)陶瓷管18，使金屬絲之間以及金屬絲與貴金屬鉬銠壓片3之間絕緣。
[0037]因?yàn)樵诟邷卣駝?dòng)環(huán)境下細(xì)長的實(shí)心高溫陶瓷桿結(jié)構(gòu)容易斷裂，因此采用中空結(jié)構(gòu)的四根交叉安裝的空心陶瓷桿5將雙鉬銠溫度傳感器4的前端緊緊壓接在納米隔熱材料試驗(yàn)件I上，由于空心陶瓷桿的內(nèi)、外邊界自由膨脹空間大，在高溫?zé)岘h(huán)境下的抗斷裂特性比實(shí)心結(jié)構(gòu)更好。四根空心高溫陶瓷桿5之間有四個(gè)交叉點(diǎn)，由于四根空心高溫陶瓷桿5之間會(huì)產(chǎn)生剛性硬接觸，在強(qiáng)振動(dòng)下容易出現(xiàn)斷裂情況，因此在四根空心高溫陶瓷桿5的十字交叉處,均放置有厚度為3-4_的耐高溫柔性薄氈19作為緩沖過渡部件，以吸收振動(dòng)時(shí)沖擊能量。另外四根空心陶瓷桿5的端部位置共設(shè)有根拉緊彈簧7與二級隔熱平臺8聯(lián)接，用以吸收振動(dòng)沖擊能量，以上兩級減振措施的采用，避免了強(qiáng)振動(dòng)時(shí)剛性空心高溫陶瓷桿5的斷裂破壞。
[0038]為了本試驗(yàn)裝置要能夠在超過大多數(shù)金屬材料熔點(diǎn)的1500°C極端高溫環(huán)境下安全工作。本發(fā)明設(shè)計(jì)制做了兩級水冷式隔熱平臺對價(jià)格昂貴的和易于損壞的振動(dòng)設(shè)備進(jìn)行熱隔離。一級隔熱平臺2與二級隔熱平臺8的內(nèi)部均加工有如圖3所示的廻形水冷通道11，該設(shè)計(jì)比起簡單的直線型貫通水冷通道，具有重量輕、隔熱效率高的優(yōu)點(diǎn)。由于安裝隔熱平臺會(huì)產(chǎn)生附加質(zhì)量，對激振設(shè)備的有效推力有一定影響，因此距離納米隔熱材料試驗(yàn)件I比較近的，處于高溫區(qū)的一級隔熱平臺2的平面尺寸設(shè)計(jì)得比較小，主要用于對1500°C高溫環(huán)境的中部區(qū)域?qū)崿F(xiàn)熱隔離。由于一級隔熱平臺2的平面尺寸設(shè)計(jì)得較小，其附加質(zhì)量也相對較小，對激振設(shè)備推力的影響也較小。二級隔熱平臺8的平面尺寸相對較大，能夠完全覆蓋整個(gè)激振平臺10，通過平面尺寸較大的二級隔熱平臺8對實(shí)驗(yàn)中的極端高溫環(huán)境進(jìn)行的二次熱隔離，確保了對熱環(huán)境比較脆弱的振動(dòng)激振設(shè)備的安全可靠性。上述極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置，為高超聲速遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)飛行器所使用的新型納米隔熱材料在高達(dá)1500°C的熱振復(fù)合環(huán)境下的承載能力、防隔熱性能和安全設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
[0039]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】
1.一種極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括:高超聲速飛行器納米隔熱材料試驗(yàn)件(I)、一級隔熱平臺(2)、貴金屬鉬銠壓片(3)、雙鉬銠溫度傳感器(4)、空心陶瓷桿(5)、半圓形卡箍(6)、拉緊彈簧(7)、二級隔熱平臺(8)、振動(dòng)臺體(9)、激振平臺(10)、水冷通道(11)、紅外輻射熱源陣列(12)、大功率調(diào)節(jié)器(13)、固定電極(14)、聯(lián)接支架(15)、輕質(zhì)隔熱材料(16)、振動(dòng)臺驅(qū)動(dòng)控制器(17)、陶瓷管(18)與耐高溫柔性薄氈(19);所述高超聲速飛行器納米隔熱材料試驗(yàn)件(I)被固定在一級隔熱平臺(2)上，將貴金屬鉬銠壓片(3)壓在測溫用雙鉬銠溫度傳感器(4)的測溫端部之上，并通過四根十字交叉安裝的空心陶瓷桿(5)將雙鉬銠溫度傳感器(4)的緊緊壓接在納米隔熱材料試驗(yàn)件(I)上；將四根空心高溫陶瓷桿(5)的端部位置，通過半圓形卡箍(6)和拉緊彈簧(7)固定在二級隔熱平臺(8)上，熱振聯(lián)合試驗(yàn)時(shí)雙鉬銠溫度傳感器(4)的溫度感知端部被貴金屬鉬銠壓片(3)向下緊壓，會(huì)隨二級隔熱平臺(8)的振動(dòng)上下同步運(yùn)動(dòng)，使得雙鉬銠溫度傳感器(4)的前端部位在高強(qiáng)度隨機(jī)振動(dòng)下始終與納米隔熱材料試驗(yàn)件(I)保持緊密接觸，使得雙鉬銠溫度傳感器(4)能夠在1500°C高溫強(qiáng)振動(dòng)復(fù)合環(huán)境下可靠地測量出比較脆弱的納米隔熱材料試驗(yàn)件(I)的表面溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述試驗(yàn)裝置具有一級隔熱平臺(2)與二級隔熱平臺(8)，一級隔熱平臺(2)和二級隔熱平臺(8)均水平固定在振動(dòng)臺體(9)的激振平臺(10)上，兩級復(fù)合式水冷式隔熱措施來保證價(jià)格昂貴的和易于損壞的振動(dòng)設(shè)備的可靠熱隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述一級隔熱平臺(2)與二級隔熱平臺(8)的內(nèi)部加工有廻形水冷通道(11)，熱振聯(lián)合試驗(yàn)時(shí)廻形水冷通道(11)內(nèi)部流過冷卻水對一級隔熱平臺(2)和二級隔熱平臺(8)進(jìn)行降溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述紅外輻射加熱陣列(12)通過固定電極(14)和聯(lián)接支架(15)被吊裝在納米隔熱材料試驗(yàn)件⑴之上，紅外輻射熱源陣列(12)與振動(dòng)臺體(9)和激振平臺(10)之間沒有硬聯(lián)接部分，使試驗(yàn)時(shí)紅外輻射熱源陣列(12)保持靜止?fàn)顟B(tài)，避免了脆弱的紅外輻射熱源陣列(12)由于激振平臺(10)的上下高強(qiáng)度隨機(jī)振動(dòng)被振壞。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述雙鉬銠溫度傳感器(4)的兩根金屬絲上穿有細(xì)陶瓷管(18)，使金屬絲之間以及金屬絲與貴金屬鉬銠壓片(3)之間相互絕緣，防止金屬絲雙鉬銠溫度傳感器(4)及貴金屬鉬銠壓片(3)之間出現(xiàn)短路現(xiàn)象。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述四根空心陶瓷桿(5)的端部位置共設(shè)有8個(gè)拉緊彈簧(7)，用以吸收振動(dòng)沖擊倉tfi。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述四根空心高溫陶瓷桿(5)的十字交叉處，均放置有厚度為3-4mm的耐高溫柔性薄氈(19)作為緩沖過渡部件，用以吸收振動(dòng)時(shí)沖擊能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述紅外輻射加熱陣列(12)由使用極限溫度為1500°C的硅碳棒平行排列組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極端高溫環(huán)境下納米隔熱材料熱振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述納米隔熱材料試驗(yàn)件(I)的四周以及紅外輻射熱源陣列(12)的上部和周圍均安裝有輕質(zhì)隔熱材料 (16)，防止1500°C高溫試驗(yàn)時(shí)的熱泄露。
【文檔編號】G01N3/32GK103969137SQ201410222420
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】吳大方, 王岳武, 潘兵, 王杰, 吳爽 申請人:北京航空航天大學(xué)