● 摘要
高超声速飞行器在飞行过程中其表面与空气相对高速运动产生严重的气动加热现象，该现象造成的高温环境会严重破坏飞行器的结构和材料。为保证高超声速飞行器的正常飞行，需要设计可靠的热防护系统，因此有必要研究热防护系统结构和材料在气动热环境下的高温变形。在地面针对这些结构和材料进行大量的高温变形测量实验已成为航空航天领域的重要研究内容。
目前，将石英灯辐射加热技术和数字图像相关方法相结合来获取被测试件的非直接受热面高温变形的工作已有发表，但对于设计人员更关心的直接受热面的热变形测量研究工作还未见报道。本文改进了自主研制的石英灯红外辐射式瞬态气动热环境试验模拟系统并结合基于“主动成像”技术的数字图像相关方法建立了适于直接受热面高温热变形测量的非接触光学测量系统，该系统采用滤波成像技术以最大限度克服图像“退相关现象”，并在光路上布置自下而上的高速气流以降低“热雾现象”对被测试件表面散斑图像采集的干扰。实验将铬镍奥氏体不锈钢试件表面从室温线性加热到600°C，通过测量其高温变形验证了该系统的可行性和准确性，实验还观察了试件从室温非线性加热到600°C时的变形规律。
此外，本文还用 “主动成像”三维数字图像相关测量方法对大尺寸的高温合金蜂窝板结构试件在时变热辐射环境下不同时刻的全场变形进行了测量。为保证三维数字图像相关测量方法能有效实施，本文提出了制作稳定的大面积高温散斑新方法，该方法制作的高温散斑能在整个实验过程中保持稳定，可作为高温变形信息的有效载体。实验结果表明，蜂窝合金板在单侧面辐射加热条件下其面内变形为均匀热变形，而离面变形为轴对称的翘曲变形。文章最后用Hoff等效理论计算蜂窝板在稳态时的最大翘曲位移，理论分析结果与实验结果符合。