熱強度

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熱強度是航空航天科學技術一個名詞術語。

漢字是中華文明中不可缺少的一部分,它不但承載了我們幾千年的歷史,而且也是從古到今人們進行溝通的重要手段。由漢字衍生出來的書法藝術,更是中華文明的瑰寶。

目錄

名詞解釋

熱強度是指材料結構在熱環境下承受載荷和耐受熱環境的能力。包括在熱環境和熱載荷作用下的應力、變形、穩定性、振動、疲勞、高溫蠕變等各方面的性態。

現代社會對熱強度的研究是飛行器結構強度學科中形成較遲的一個方面。它包括熱強度分析和熱強度試驗。通過試驗和分析可以更好的掌控材料的結構從而提高飛行器的性能。

飛行器結構熱強度試驗是在地面模擬氣動熱、力學環境下對全尺寸飛行器結構進行強度驗證和評估的試驗。該類試驗是為解決飛行器跨聲速後出現的熱障問題而發展起來的一種地面模擬試驗，通過在地面等效模擬飛行熱環境和氣動載荷，考核結構強度。

飛行器在大氣層內以較高的速度飛行時，外表面要承受嚴酷的氣動加熱。氣動加熱對結構的影響主要體現在以下幾個方面：在高溫環境下材料的強度極限和彈性模量降低，因此使結構承載能力降低；產生附加熱應力，而且與力載荷作用下產生的機械應力疊加，影響結構承載能力；在高溫和熱應力的共同作用下，結構有可能產生過大的變形，破壞部件的氣動外形；高溫又使結構剛度下降，在幾種因素的綜合作用下，會降低結構固有頻率，嚴重時容易導致危險的共振現象即氣動熱彈性問題；飛行器運動機構受高溫作用，產生不此協調變形，會影響機械正常動作，甚至因機件卡塞而導致飛行事故。因此必須對飛行器結構熱強度進行地面驗證和評估。

要解決高速飛行器結構熱強度問題，離不開理論分析、地面試驗和飛行試驗三種手段。理論分析包括氣動加熱、燒蝕、防熱層和結構溫度場、熱應力、熱振動和熱顫振等分析計算，涉及空氣動力學、熱力和傳熱學、平衡和非平衡化學反應、彈塑性力學與振動、空氣彈性力學以及它們之間的耦合分析。地面試驗包括風洞試驗和模擬氣動加熱環境的全尺寸結構強度試驗兩大類型。風洞試驗受風洞試驗段尺寸的限制，難以進行全尺寸的試驗，而且試驗費用較高因此在地面模擬氣動加熱環境的全尺寸結構熱強度試驗，成為研究高速飛行器結構熱強度問題最重要的手段。為驗證高速飛行器結構設計的可行性，考核所設計的結構在熱環境下的結構完整性和可靠性，需要開展大量的地面熱模擬試驗。