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高超声速飞行器表面测热技术综述
高超声速飞行器是一种超过5倍音速的飞行器，其飞行速度可达到马赫数（Ma）5以上。由于其飞行速度极高，飞行过程中面临着极端的气动热环境，这对飞行器的结构材料和热防护系统提出了很高的要求。因此，高超声速飞行器表面测热技术的研究对于保证飞行器安全运行具有重要意义。本文将综述高超声速飞行器表面测热技术的研究进展和应用现状。
高超声速飞行器表面测热技术在模拟实验、数值仿真和实际飞行测试等方面均有广泛应用。其中，模拟实验是研究高超声速飞行器表面热特性的重要手段之一。通过在实验室中模拟高超声速条件下的气动流场和热场，可以获得飞行器表面的温度和热流分布等关键参数。常用的模拟实验方法包括低速气流热源法、激光测温法和红外热成像法等。低速气流热源法利用冷风流和热风流交替激励飞行器表面，通过测量气源温度和飞行器表面温度的变化来推算出表面热负荷。激光测温法借助于激光束的吸收和反射效应，测量飞行器表面的温度分布。红外热成像法则通过红外相机获取飞行器表面的红外辐射图像，再根据辐射能量与温度的关系来计算表面温度。
数值仿真是高超声速飞行器表面测热技术研究的另一重要方法。数值仿真可以根据高超声速飞行器的气动热环境参数和材料热物性参数，通过数学模型和计算方法来模拟和预测其表面温度分布。常用的数值仿真方法包括流体-固体耦合方法、传热传质模型和有限体积法等。流体-固体耦合方法将飞行器表面的热边界条件与其周围流场的热边界条件进行耦合，通过迭代求解来获得表面温度分布。传热传质模型则基于质量守恒和能量守恒定律，综合考虑传热传质过程中的对流、传导和辐射等机制，建立数学方程组进行求解。有限体积法将复杂的连续介质划分为有限体积单元，通过对每个单元的质量、能量进行积分和离散，建立线性代数方程并求解得到温度分布。
在实际飞行测试方面，高超声速飞行器表面测热技术主要依靠传感器和测控系统来实现。飞行器表面通常布置有多个温度传感器和热流传感器，用于实时测量表面温度和热流分布，并将数据传输给地面测控系统进行处理和分析。传感器的选择和布置需要考虑测量精度、响应速度、抗干扰能力和可靠性等因素。常用的传感器包括热电偶、热敏电阻和红外辐射温度计等。另外，为了满足高超声速飞行器的特殊需求，还需要考虑传感器的高温耐性和抗振动能力等特性。
总之，高超声速飞行器表面测热技术是保证飞行器安全运行的重要手段。通过模拟实验、数值仿真和实际飞行测试等方法，可以获取飞行器表面的温度和热流分布等关键参数，为飞行器的结构设计和热防护系统的优化提供依据。随着高超声速技术的快速发展，对于高超声速飞行器表面测热技术的研究将会越来越深入，为高超声速飞行器的实际应用提供更加可靠的技术支持。