红外辐射式高超声速飞行器瞬态气动热载试验模拟系统的研制

研究建立用于高超声速飞行器热强度实验研究的红外辐射式瞬态高温气动热载环境试验模拟系统，针对当前高超声速飞行器研究设计过程中迫切希望能够提高现有的石英红外辐射高温气动热环境模拟试验研究设备极限能力的需求，研究采用人工智能等方法使实验系统能够准确地模拟复杂非线性高速机动飞行条件下高超声速飞行器结构和材料的瞬变高温热载试验环境，并能够实现高至200℃/秒的极快高速热冲击过程的非线性动态模拟，生成高达1400℃-1500℃的石英红外辐射高温环境和达到高至2Mw/m2瞬态冲击热流密度等极端热环境试验的关键技术指标，为研究国家自然科学基金项目指南中指出的涉及国家安全和和平利用空间的高超声速远程机动飞行器所使用的新型航天航空材料与结构在高热流密度、高温、高速热冲击的复杂非线性热环境下的承载能力、防隔热性能、安全设计和寿命预测提供可靠的实验基础。并将研究成果在高超声速飞行器的研究工作中得到检验和实际应用。

本项目对高超声速飞行器极端热环境试验技术进行了研究，建立了红外辐射式瞬态高温气动热载环境试验模拟系统。本研究所取得的具体研究成果有：1）运用模糊控制理论，神经网络等非线性控制理论和控制方法，解决了瞬态热强度实验热控过程中快速多变与高度非线性的动态控制问题。建立了能够准确、高精度地模拟高超声速飞行器复杂机动飞行历程的高速非线性高温热/载联合试验系统；2）创建了用于高超声速飞行器极端热环境复现的辐射式石英加灯加热温度增强装置，可实现的最高温度达到1550℃（逼近石英玻璃的软化温度1600℃）；3）提出符合非线性系统特点和要求的推理规则和控制规则，以及快速、高精度的传感器非线性校正模型和算法,使测量校正速度和精度得到大幅度提高。实现了210℃/秒的极高速热冲击过程的准确非线性动态复现。并且创建了红外辐射热流密度增强装置。实现了热流密度达2.0MW/m2的石英灯红外辐射热环境模拟，瞬态热流密度生成能力是美国NASA（1.13MW/m2 ）1.7倍；4）研发出可控的局域温度调节技术，实现了1500oC高温下高超声速飞行器Sic/Sic复合材料结构断裂特性的试验研究。5）研制了操作简捷、人机交互界面友好，自动化程度高、使用方便的软件控制系统。.本项目发表学术论文 33 篇，其中SCI 论文17 篇，EI论文 12 篇，参加国际会议3次； 授权国家发明专利 10项，受理发明专利5项。获2013年度教育部科技进步一等奖一项（排名第一）。