近日，中国科学技术大学工程科学学院叶宏教授团队在高超飞行器热考核领域取得重要进展，相关研究成果以“Fraction frequency & random scanning mode for electron beam thermal assessment”为题发表在航空航天领域国际期刊《AIAA Journal》，该期刊为美国航空航天学会（American Institute of Aeronautics and Astronautics，AIAA）主刊，是航空航天领域最具国际影响力的期刊之一。
自人类第一次实现高超飞行开始，地面热考核试验便具有极其突出的重要性，是保障气动热防护设计有效性必不可少的测试环节。随着技术的不断发展，高超飞行器的热环境愈发苛刻，主要表现在高热流密度、大热流密度梯度和高动态等方面，大大超出了现有热考核方法极限。例如辐射加热器受限于自身加热元件的熔点和尺寸所能提供热流密度环境的峰值和分辨率极其有限，而高温高焓风洞能耗巨大难以进行长时间热考核实验。
为此热控和能量转化实验室提出了“扫描电子束热考核”试验方法，在国际上首次将电子束高能量密度和高动态的技术优势应用于高超声速研究领域。团队在前期工作基础上创新性地提出了“分频&随机扫描”的电子束控制方法，其基本思想是将高频电子束的有限带宽进行随机优化分配，使有限的扫描带宽得到充分利用，有效提升了该方法所能重构的热流密度上限。审稿人评价“The findings are important for more accurate thermal assessment of hypersonic vehicles”。
该论文第一作者为中国科大博士研究生姚鸿鑫，第二作者为中国空气动力学研究与发展中心王西耀博士，通讯作者为中国科大叶宏教授，研究工作得到了中国空气动力学研究与发展中心相关项目的资助。
Hongxin Yao, Xiyao Wang and Hong Ye. Fraction frequency & random scanning mode for electron beam thermal assessment. AIAA Journal, 2023.https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/1.J062236
图 1 分频随机扫描降低电子束热考核中材料的温度波动