CN102967623B - 红外灯阵热流密度标定装置及标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航天器环境模拟技术领域，公开了一种红外灯阵热流密度标定装置，设定模拟件的材质与外形与待标定产品一致，模拟件的外侧设置加热片，在加热片的外侧喷涂热控涂层，在模拟件的内侧设置隔热层，在模拟件与隔热层之间设有热电偶，红外灯阵设置在靠近模拟件的外侧。还公开了一种红外灯阵热流密度标定方法，通过分别给红外灯阵通电对模拟件进行加热，和用加热片进行加热的方法，对比其温度场，当两者温度场相同时，对加热片的加热功率和红外为阵的通电电流进行标定。本发明解决了复杂表面航天器真空热试验用红外灯阵模拟外热流时的精确度无法考核的问题，提高了试验结果的可靠性；通过灯阵标定，减少了热流传感器用量，降低了试验成本。
Description
技术领域
本发明涉及航天器环境模拟技术领域，具体地，涉及一种红外灯阵热流密度标定装置及标定方法。
背景技术
航天器在发射升空之前，必须在专门的空间环境模拟器内进行模拟空间冷黑环境的真空热试验，以检验其热设计的合理性和考核其单机的高低温性能。真空热试验采用红外灯阵模拟到达产品表面的外热流。红外灯阵使用石英红外灯作为加热手段。在产品外表面布置红外灯，形成阵列，称为红外灯阵。
红外灯的辐射光谱分布不仅有红外辐射，还有可见光辐射，对产品表面的加热效果不同；红外灯尺寸较小，排列较加热笼相对稀疏。为了验证其热流能否满足整器真空热试验的要求，需要在整星试验前进行红外灯阵热流有效性的标定试验。
标定试验分为常压标定和真空标定。真空标定即在环境真空度优于1.33×10-3Pa，背景温度小于100K的真空低温环境下进行标定。灯阵施加给产品的热流的有效性通过在标定模拟件表面不同位置粘贴热电偶和在灯架上安装热流计进行考察。
一方面要找出灯阵施加到产品表面热流与灯阵的电流之间的对应关系。另一方面考核在添加挡板之后，不同分区红外灯阵的热流分布是否能够满足整器真空热试验的要求。而灯阵施加到产品表面热流不能准确地测定，导致不能对红外灯阵热流密度的准确标定。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的第一目的是提供一种的红外灯阵热流密度标定装置。本发明的第二目的是提供一种红外灯阵热流密度标定方法。
为了实现本发明的第一目的，提供一种红外灯阵热流密度标定装置，包括红外灯阵，其特征是，还包括模拟件，所述模拟件的材质与外形与待标定产品一致，所述模拟件的外侧设置加热片，在所述加热片的外侧喷涂与待标定产品一致的热控涂层，在所述模拟件的内侧设置隔热层，在所述模拟件与隔热层之间设有热电偶粘贴在所述模拟件上，所述红外灯阵通过支撑件设置在靠近所述模拟件的外侧。
优选地，在所述红外灯阵与所述模拟件之间固定设置热流计，所述热流计的受热面面向所述红外灯阵。
优选地，所述热流计粘贴在模拟件的外表面。
优选地，所述红外灯阵中的红外灯均匀设置，所述红外灯阵至所述模拟件表面的距离相等。
优选地，所述热流计为多个，均匀设置在所述红外灯阵与所述模拟件之间。
优选地，所述热电偶为多个，均匀粘贴在所述模拟件与隔热层之间。
优选地，所述隔热层为多层隔热组件。
为了实现本发明的第二目的，提供一种应用红外灯阵热流密度标定装置的红外灯阵热流密度标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：给所述红外灯阵通电对模拟件进行加热，通过所述热电偶测量不同通电电流下模拟件的表面温度场；
第二步：冷却所述模拟件；
第三步：给所述加热片通电对模拟件进行加热，通过所述热电偶测量不同加热功率下模拟件的表面温度场；
第四步：对比第一步和第三步中得到的温度场数据，当两者相同时，对加热片的加热功率和红外为阵的通电电流进行标定。
优选地，所述第一步中还包括记录热流计的响应值；所述第四步中还包括对加热片的加热功率与热流计响应值的对比。
在上述方法中，所述第一步和第三步可以互换。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
⑴解决了复杂表面航天器真空热试验用红外灯阵模拟外热流时的精确度无法考核的问题，提高了试验结果的可靠性；
⑵通过灯阵标定，减少了热流传感器用量，降低了试验成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中试验产品与红外灯阵的布置示意图；
图2为本发明中模拟件的结构示意图；
图3为一种标定方法的流程图；
图4为另一种标定方法的流程图。
图中：1为模拟件；2为红外灯阵；3为加热片；4为热控涂层；5为隔热层；6为热电偶；7为热流计；8为试验产品；11-14为流程图步骤。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
参见附图1，在真空环境下对灯阵进行标定试验，需要经历抽真空和建立低温背景（100K）的阶段，试验结束要经历回温复压阶段。试验产品8的形状根据待标定产品的形状制作，其材质等物化特性与待标定产品一致，在试验产品8的外侧通过支撑件（图中未示出）设置红外灯阵2，红外灯阵2的安设位置根据试验产品8的外形不同而不同，保证在试验产品8的外表面均布红外灯，并使红外灯至试验产品8的表面距离相等，使试验产品8各处的热流量相等。
参见附图2，试验产品8包括模拟件1，模拟件1的外侧设置加热片3，在加热片4的外侧喷涂与待标定产品一致的热控涂层4，在模拟件1的内侧设置隔热层5，在模拟件1与隔热层5之间设有热电偶6，热电偶6粘在模拟件的内表面上。隔热层5可选用多层隔热组件，热电偶6的数量可选多个，均匀布置在模拟件1的内表面。红外灯阵2设置在模拟件1的外侧，在红外灯阵2与模拟件1之间设置热流计7，热流计7的数量可为多个，均匀布置在红外灯阵2与模拟件1之间，热流计7也可粘贴在模拟件1的热控涂层4上。
参见附图3，红外灯阵热流密度标定方法的步骤为，第一步：给所述红外灯阵通电对模拟件进行加热，通过所述热电偶测量不同通电电流下模拟件的表面温度场（图中步骤11）。第二步：冷却所述模拟件（图中步骤12）。第三步：给所述加热片通电对模拟件进行加热，通过所述热电偶测量不同加热功率下模拟件的表面温度场（图中步骤13）。第四步：对比第一步和第三步中得到的温度场数据，当两者相同时，对加热片的加热功率和红外为阵的通电电流进行标定（图中步骤14）。通过记录不同功率下红外灯阵的电流，即可得到红外灯阵对产品加热效果与红外灯阵施加电流之间的对应关系、实现了灯阵标定。
在设置有热流计的标定装置中，其标定方法的第一步中还包括记录热流计的响应值；第四步中还包括对加热片的加热功率与热流计响应值的对比。通过记录不同功率下红外灯阵的电流以及热流计的响应，即可得到红外灯阵对产品加热效果与红外灯阵施加电流及热流计响应之间的对应关系，实现红外灯阵标定。
参见附图4，红外灯阵热流密度标定方法的步骤中，第一步和第三步可以互换，只要能得到相同的温度场数据，就能计算出加热功率与放加电流之间的关系，完成标定。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种红外灯阵热流密度标定装置，包括红外灯阵，其特征在于，还包括模拟件，所述模拟件的材质与外形与待标定产品一致，所述模拟件的外侧设置加热片，在所述加热片的外侧喷涂与待标定产品一致的热控涂层，在所述模拟件的内侧设置隔热层，在所述模拟件与隔热层之间设有热电偶粘贴在所述模拟件上，所述红外灯阵通过支撑件设置在靠近所述模拟件的外侧。
2.根据权利要求1所述的红外灯阵热流密度标定装置，其特征在于，在所述红外灯阵与所述模拟件之间固定设置热流计，所述热流计的受热面面向所述红外灯阵。
3.根据权利要求2所述的红外灯阵热流密度标定装置，其特征在于，所述热流计粘贴在模拟件的外表面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的红外灯阵热流密度标定装置，其特征在于，所述红外灯阵中的红外灯均匀设置，所述红外灯阵至所述模拟件表面的距离相等。
5.根据权利要求2或3所述的红外灯阵热流密度标定装置，其特征在于，所述热流计为多个，均匀设置在所述红外灯阵与所述模拟件之间。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的红外灯阵热流密度标定装置，其特征在于，所述热电偶为多个，均匀粘贴在所述模拟件与隔热层之间。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的红外灯阵热流密度标定装置，其特征在于，所述隔热层为多层隔热组件。
8.一种应用如权利要求2至7中任一项所述的红外灯阵热流密度标定装置的红外灯阵热流密度标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：给所述红外灯阵通电对模拟件进行加热，通过所述热电偶测量不同通电电流下模拟件的表面温度场；
第二步：冷却所述模拟件；
第三步：给所述加热片通电对模拟件进行加热，通过所述热电偶测量不同加热功率下模拟件的表面温度场；
第四步：对比第一步和第三步中得到的温度场数据，当两者相同时，对加热片的加热功率和红外为阵的通电电流进行标定。
9.根据权利要求8所述的红外灯阵热流密度标定方法，其特征在于，所述第一步中还包括记录热流计的响应值；所述第四步中还包括对加热片的加热功率与热流计响应值的对比。
10.根据权利要求8或9所述的红外灯阵热流密度标定方法，其特征在于，所述第一步和第三步互换。
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