基于光纤传感的高超声速飞行器表面温度、应变及压力监测技术研究
发布时间：2021-11-27 07:48
高超声速飞行器技术属于未来航空航天领域的前沿,而超高温环境下的温度、应变和压力等参数的原位、实时测量对于高超声速飞行器的安全运行至关重要。通过耐高温光纤传感技术,评估其在地面高温试验及实际飞行中机体热防护结构的温度分布、力学特性及压力分布情况,对高超声速飞行器的设计及性能优化具有重要的意义。因此,本论文主要针对基于光纤传感技术的高超声速飞行器表面温度、应变和压力传感监测开展研究工作。论文主要研究内容包括:1.研究基于光纤光栅的高温传感特性。从光纤光栅原理入手,分析了光纤光栅的布拉格条件、诱发的折射率变化和光栅的反射率计算,研究了RFBG、Ⅱ型FBG和ⅡA型光纤光栅三种不同类型的耐高温光纤光栅,分别从成栅机理、制备方法及耐温特性进行了分析。对光纤光栅中心波长与温度、应变参数之间的函数关系进行了研究。通过实验及对比分析了RFBG、掺锗纤芯Ⅱ型FBG和纯石英纤芯Ⅱ型FBG的高温传感特性。结果表明,再生光栅和Ⅱ型FBG都能够满足1000℃的温度传感测试需求。其中,RFBG通常需要光纤载氢、去涂覆及后续的高温热退火处理,从而降低光栅的机械强度;而Ⅱ型FBG无需上述步骤,当温度高于800℃时,相比...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
洛克希德-马丁公司SR-71及巡航条件下的表面温度分布
合肥工业大学博士研究生学位论文2Inconel-X750建造，能够承受约650°C的高温。它的最大飞行速度达到6.7马赫，导致其返回后机翼的一些锋利的前缘均被熔化。图1.2美高超声速飞行器X-15Fig.1.2NorthAmericanX-15,firsthypersonicvehicle为了克服热防护材料的限制，NASA和美国空军的研究人员开始研究将钝体热防护效率与升力提升能力相结合的方法。图1.3所示为美国空军开发的X-20DynaSoar，一种专门为美国进行军事和航天任务设计的有翼再入飞行器[4]。遗憾的是，该项目在1963年刚开始就被取消了。这一概念远超同时代其他载人航天飞行器，是未来航天飞机设计理念的关注点。图1.3美国X-20DynaSoarFig.1.3X-20DynaSoarofUSA随后，美国空军在1972年交付了X-24B，其既可作为再入飞行器，也可作为高超音速巡航飞机。在1975年，其通过改进后的B-52在同温层的高度发射，随后X-24B的火箭发动机点火。在火箭燃料耗尽后，飞行员将X-24B滑翔至无动力后着陆。随着热防护系统(TPS)的发展，使得飞行器能够在再入阶段承受强烈的加热温度（约1650°C）。尽管TPS易碎，但其有效并能够重复使用。2004年，美国国家
合肥工业大学博士研究生学位论文2Inconel-X750建造，能够承受约650°C的高温。它的最大飞行速度达到6.7马赫，导致其返回后机翼的一些锋利的前缘均被熔化。图1.2美高超声速飞行器X-15Fig.1.2NorthAmericanX-15,firsthypersonicvehicle为了克服热防护材料的限制，NASA和美国空军的研究人员开始研究将钝体热防护效率与升力提升能力相结合的方法。图1.3所示为美国空军开发的X-20DynaSoar，一种专门为美国进行军事和航天任务设计的有翼再入飞行器[4]。遗憾的是，该项目在1963年刚开始就被取消了。这一概念远超同时代其他载人航天飞行器，是未来航天飞机设计理念的关注点。图1.3美国X-20DynaSoarFig.1.3X-20DynaSoarofUSA随后，美国空军在1972年交付了X-24B，其既可作为再入飞行器，也可作为高超音速巡航飞机。在1975年，其通过改进后的B-52在同温层的高度发射，随后X-24B的火箭发动机点火。在火箭燃料耗尽后，飞行员将X-24B滑翔至无动力后着陆。随着热防护系统(TPS)的发展，使得飞行器能够在再入阶段承受强烈的加热温度（约1650°C）。尽管TPS易碎，但其有效并能够重复使用。2004年，美国国家
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温再生光纤光栅温度传感器封装技术[J]. 薛渊泽,王学锋,唐才杰,蓝天. 传感器与微系统. 2019(05)
[2]胶粘剂对表贴式聚酰亚胺光纤布拉格光栅应变传递的影响分析[J]. 曾鹏,王源,陈飞琼,孙阳阳,张清华,黄肖迪,由泽伟. 传感技术学报. 2019(01)
[3]光纤法布里-珀罗高温应变传感器技术进展[J]. 巨亚堂,王则力,乔通,付新,王智勇. 强度与环境. 2018(05)
[4]基于高超声速飞行器热结构试验的光纤应变测量技术研究[J]. 赵文峰,吴东,张涛. 战术导弹技术. 2018(04)
[5]基于反射谱重构的光纤光栅再生过程研究[J]. 郭亚琼,陆林. 半导体光电. 2018(02)
[6]外腔式光纤Fabry-Perot干涉型高温应变传感器[J]. 江毅,贾景善,付雷,邹正峰. 光学技术. 2017(05)
[7]耐高温再生光纤光栅的生长规律[J]. 聂铭,张东生,吴梦绮,张春峰. 激光与光电子学进展. 2017(05)
[8]2016年国外高超声速飞行器技术发展综述[J]. 胡冬冬,刘晓明,张绍芳,李文杰,叶蕾. 战术导弹技术. 2017(01)
[9]光纤布拉格光栅再生过程及模型研究[J]. 王巧妮,杨远洪,何俊,王义平. 光学学报. 2016(03)
[10]高温光纤传感器在热结构温度和应变测试中的应用(英文)[J]. 孟松鹤,杜翀,解维华,霍施宇,矫利闯,金华,宋乐颖. 固体火箭技术. 2013(05)
本文编号：3521847
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
洛克希德-马丁公司SR-71及巡航条件下的表面温度分布
合肥工业大学博士研究生学位论文2Inconel-X750建造，能够承受约650°C的高温。它的最大飞行速度达到6.7马赫，导致其返回后机翼的一些锋利的前缘均被熔化。图1.2美高超声速飞行器X-15Fig.1.2NorthAmericanX-15,firsthypersonicvehicle为了克服热防护材料的限制，NASA和美国空军的研究人员开始研究将钝体热防护效率与升力提升能力相结合的方法。图1.3所示为美国空军开发的X-20DynaSoar，一种专门为美国进行军事和航天任务设计的有翼再入飞行器[4]。遗憾的是，该项目在1963年刚开始就被取消了。这一概念远超同时代其他载人航天飞行器，是未来航天飞机设计理念的关注点。图1.3美国X-20DynaSoarFig.1.3X-20DynaSoarofUSA随后，美国空军在1972年交付了X-24B，其既可作为再入飞行器，也可作为高超音速巡航飞机。在1975年，其通过改进后的B-52在同温层的高度发射，随后X-24B的火箭发动机点火。在火箭燃料耗尽后，飞行员将X-24B滑翔至无动力后着陆。随着热防护系统(TPS)的发展，使得飞行器能够在再入阶段承受强烈的加热温度（约1650°C）。尽管TPS易碎，但其有效并能够重复使用。2004年，美国国家
合肥工业大学博士研究生学位论文2Inconel-X750建造，能够承受约650°C的高温。它的最大飞行速度达到6.7马赫，导致其返回后机翼的一些锋利的前缘均被熔化。图1.2美高超声速飞行器X-15Fig.1.2NorthAmericanX-15,firsthypersonicvehicle为了克服热防护材料的限制，NASA和美国空军的研究人员开始研究将钝体热防护效率与升力提升能力相结合的方法。图1.3所示为美国空军开发的X-20DynaSoar，一种专门为美国进行军事和航天任务设计的有翼再入飞行器[4]。遗憾的是，该项目在1963年刚开始就被取消了。这一概念远超同时代其他载人航天飞行器，是未来航天飞机设计理念的关注点。图1.3美国X-20DynaSoarFig.1.3X-20DynaSoarofUSA随后，美国空军在1972年交付了X-24B，其既可作为再入飞行器，也可作为高超音速巡航飞机。在1975年，其通过改进后的B-52在同温层的高度发射，随后X-24B的火箭发动机点火。在火箭燃料耗尽后，飞行员将X-24B滑翔至无动力后着陆。随着热防护系统(TPS)的发展，使得飞行器能够在再入阶段承受强烈的加热温度（约1650°C）。尽管TPS易碎，但其有效并能够重复使用。2004年，美国国家
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温再生光纤光栅温度传感器封装技术[J]. 薛渊泽,王学锋,唐才杰,蓝天. 传感器与微系统. 2019(05)
[2]胶粘剂对表贴式聚酰亚胺光纤布拉格光栅应变传递的影响分析[J]. 曾鹏,王源,陈飞琼,孙阳阳,张清华,黄肖迪,由泽伟. 传感技术学报. 2019(01)
[3]光纤法布里-珀罗高温应变传感器技术进展[J]. 巨亚堂,王则力,乔通,付新,王智勇. 强度与环境. 2018(05)
[4]基于高超声速飞行器热结构试验的光纤应变测量技术研究[J]. 赵文峰,吴东,张涛. 战术导弹技术. 2018(04)
[5]基于反射谱重构的光纤光栅再生过程研究[J]. 郭亚琼,陆林. 半导体光电. 2018(02)
[6]外腔式光纤Fabry-Perot干涉型高温应变传感器[J]. 江毅,贾景善,付雷,邹正峰. 光学技术. 2017(05)
[7]耐高温再生光纤光栅的生长规律[J]. 聂铭,张东生,吴梦绮,张春峰. 激光与光电子学进展. 2017(05)
[8]2016年国外高超声速飞行器技术发展综述[J]. 胡冬冬,刘晓明,张绍芳,李文杰,叶蕾. 战术导弹技术. 2017(01)
[9]光纤布拉格光栅再生过程及模型研究[J]. 王巧妮,杨远洪,何俊,王义平. 光学学报. 2016(03)
[10]高温光纤传感器在热结构温度和应变测试中的应用(英文)[J]. 孟松鹤,杜翀,解维华,霍施宇,矫利闯,金华,宋乐颖. 固体火箭技术. 2013(05)
本文编号：3521847
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