高超聲速飛行器技術(shù)屬于未來航空航天領(lǐng)域的前沿,而超高溫環(huán)境下的溫度、應(yīng)變和壓力等參數(shù)的原位、實(shí)時(shí)測量對于高超聲速飛行器的安全運(yùn)行至關(guān)重要。通過耐高溫光纖傳感技術(shù),評估其在地面高溫試驗(yàn)及實(shí)際飛行中機(jī)體熱防護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度分布、力學(xué)特性及壓力分布情況,對高超聲速飛行器的設(shè)計(jì)及性能優(yōu)化具有重要的意義。因此,本論文主要針對基于光纖傳感技術(shù)的高超聲速飛行器表面溫度、應(yīng)變和壓力傳感監(jiān)測開展研究工作。論文主要研究內(nèi)容包括:1.研究基于光纖光柵的高溫傳感特性。從光纖光柵原理入手,分析了光纖光柵的布拉格條件、誘發(fā)的折射率變化和光柵的反射率計(jì)算,研究了RFBG、Ⅱ型FBG和ⅡA型光纖光柵三種不同類型的耐高溫光纖光柵,分別從成柵機(jī)理、制備方法及耐溫特性進(jìn)行了分析。對光纖光柵中心波長與溫度、應(yīng)變參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行了研究。通過實(shí)驗(yàn)及對比分析了RFBG、摻鍺纖芯Ⅱ型FBG和純石英纖芯Ⅱ型FBG的高溫傳感特性。結(jié)果表明,再生光柵和Ⅱ型FBG都能夠滿足1000℃的溫度傳感測試需求。其中,RFBG通常需要光纖載氫、去涂覆及后續(xù)的高溫?zé)嵬嘶鹛幚?從而降低光柵的機(jī)械強(qiáng)度;而Ⅱ型FBG無需上述步驟,當(dāng)溫度高于800℃時(shí),相比... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

洛克希德-馬丁公司SR-71及巡航條件下的表面溫度分布

合肥工業(yè)大學(xué)博士研究生學(xué)位論文2Inconel-X750建造，能夠承受約650°C的高溫。它的最大飛行速度達(dá)到6.7馬赫，導(dǎo)致其返回后機(jī)翼的一些鋒利的前緣均被熔化。圖1.2美高超聲速飛行器X-15Fig.1.2NorthAmericanX-15,firsthypersonicvehicle為了克服熱防護(hù)材料的限制，NASA和美國空軍的研究人員開始研究將鈍體熱防護(hù)效率與升力提升能力相結(jié)合的方法。圖1.3所示為美國空軍開發(fā)的X-20DynaSoar，一種專門為美國進(jìn)行軍事和航天任務(wù)設(shè)計(jì)的有翼再入飛行器[4]。遺憾的是，該項(xiàng)目在1963年剛開始就被取消了。這一概念遠(yuǎn)超同時(shí)代其他載人航天飛行器，是未來航天飛機(jī)設(shè)計(jì)理念的關(guān)注點(diǎn)。圖1.3美國X-20DynaSoarFig.1.3X-20DynaSoarofUSA隨后，美國空軍在1972年交付了X-24B，其既可作為再入飛行器，也可作為高超音速巡航飛機(jī)。在1975年，其通過改進(jìn)后的B-52在同溫層的高度發(fā)射，隨后X-24B的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。在火箭燃料耗盡后，飛行員將X-24B滑翔至無動(dòng)力后著陸。隨著熱防護(hù)系統(tǒng)(TPS)的發(fā)展，使得飛行器能夠在再入階段承受強(qiáng)烈的加熱溫度（約1650°C）。盡管TPS易碎，但其有效并能夠重復(fù)使用。2004年，美國國家

合肥工業(yè)大學(xué)博士研究生學(xué)位論文2Inconel-X750建造，能夠承受約650°C的高溫。它的最大飛行速度達(dá)到6.7馬赫，導(dǎo)致其返回后機(jī)翼的一些鋒利的前緣均被熔化。圖1.2美高超聲速飛行器X-15Fig.1.2NorthAmericanX-15,firsthypersonicvehicle為了克服熱防護(hù)材料的限制，NASA和美國空軍的研究人員開始研究將鈍體熱防護(hù)效率與升力提升能力相結(jié)合的方法。圖1.3所示為美國空軍開發(fā)的X-20DynaSoar，一種專門為美國進(jìn)行軍事和航天任務(wù)設(shè)計(jì)的有翼再入飛行器[4]。遺憾的是，該項(xiàng)目在1963年剛開始就被取消了。這一概念遠(yuǎn)超同時(shí)代其他載人航天飛行器，是未來航天飛機(jī)設(shè)計(jì)理念的關(guān)注點(diǎn)。圖1.3美國X-20DynaSoarFig.1.3X-20DynaSoarofUSA隨后，美國空軍在1972年交付了X-24B，其既可作為再入飛行器，也可作為高超音速巡航飛機(jī)。在1975年，其通過改進(jìn)后的B-52在同溫層的高度發(fā)射，隨后X-24B的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。在火箭燃料耗盡后，飛行員將X-24B滑翔至無動(dòng)力后著陸。隨著熱防護(hù)系統(tǒng)(TPS)的發(fā)展，使得飛行器能夠在再入階段承受強(qiáng)烈的加熱溫度（約1650°C）。盡管TPS易碎，但其有效并能夠重復(fù)使用。2004年，美國國家

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[4]基于高超聲速飛行器熱結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的光纖應(yīng)變測量技術(shù)研究[J]. 趙文峰,吳東,張濤.  戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù). 2018(04)
[5]基于反射譜重構(gòu)的光纖光柵再生過程研究[J]. 郭亞瓊,陸林.  半導(dǎo)體光電. 2018(02)
[6]外腔式光纖Fabry-Perot干涉型高溫應(yīng)變傳感器[J]. 江毅,賈景善,付雷,鄒正峰.  光學(xué)技術(shù). 2017(05)
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本文編號：3521847