超音速導彈飛行時温度可達上千度,如何給“發燒”導彈“測體温”?
作者:李明轩
我們感冒或者有一些其他疾病的時候為了瞭解我們身體的基礎情況、判斷是否發燒,醫生會用體温計來對我們的體温進行測量並且根據測量數據對我們的病情做出診斷並進行相應的治療。由於我們的導彈在飛行的過程中會面臨很多不同的熱環境,為了保證導彈在不同熱環境下能維持正常工作狀態。需要在導彈上天之前模擬它將會面臨的熱環境讓它“發燒”,並即時測量它的體温對其做出診斷並進行相應的治療。例如導彈在高温下發生氧化,化學變化,熱變形等等都要對其進行材料、結構、熱防護等方面的調整讓它維持正常狀態。那導彈的體温究竟是如何進行測量的呢?和我們測量體温的方式一樣嗎?

我們最常用測量體温的方式就是水銀温度計,它利用了水銀的熱脹冷縮來對體温進行測量。隨着科技的發展也有利用温度傳感器的電子體温計以及利用紅外測量的體温槍。對於導彈温度的測量其實和我們使用的體温計原理是一樣的,但是由於人體的體温變化量僅僅在35℃到42℃之間而導彈所處的熱環境從常温到幾百攝氏度,有的速度在幾倍音速以上的導彈由於外邊面與空氣摩擦產生大量熱甚至會面臨一兩千攝氏度的高温。而且人體體温是單次測量,對於導彈温度的測量是一個持續性的監測。因此在同等原理下常用以下幾種測温方式來對導彈的温度進行測量。
在彈體温度測量中最常用的為熱電偶測温,它的主要優點就是測量範圍很寬,工作狀態相對穩定,結構簡單而且對於即時狀態的捕捉較好。熱電偶的測温是將兩種不同的導體或半導體連接成閉合迴路,當兩個接點處的温度不同時,迴路中將產生熱電勢,這種現象稱為熱電效應,又稱為塞貝克效應。從而實現對接觸點温度的測量。但是熱電偶測温也有很多缺點。首先熱電偶是通過粘貼在彈體表面進行測温的這會影響測温的直接性以及加熱組件對彈體的加熱,連接熱電偶的導線也會增加彈體重量影響其模態性能和振動性能。而且熱電偶測量温度也相對有限。
非接觸式探針測量逐漸的被更多試驗用來測量導彈結構件的温度。這種測温方法利用了多光譜測量法,即在一個儀器中製成多個光譜通道,利用多個光譜的物體輻射亮度測量信息,再對得到的數據處理而得到物體的温度和材料光譜發射率。相對於熱電偶對導彈實驗組件的測温來講它精度更高,可靠性更高而且通過多光譜的對比耦合還可以分析出整個組件的温度場,從而進行整體的分析。但是由於多光譜測温是上個世紀七十年代末才發展起來的測温方法,因此理論還不夠完善。
由於導彈所處的特殊熱環境給導彈測温並不像給我們測量體温一樣簡單直接。給導彈測温時還需要考慮到不能使其其他的性能受到影響。畢竟對於導彈來講一點數據的偏差就會導致很嚴重的後果生所謂失之毫釐,謬以千里。基於多光譜的非接觸式探針測温也會得到進一步發展並廣泛運用於測量導彈温度來提高導彈熱試驗數據的可靠性。(作者:李明軒)