CN103217265A - 石英灯辐射加热的振动试验装置 - Google Patents

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贺旭东
崔嵩
陈怀海
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Abstract

本发明为了克服开放空间中加热效率低、热量流失快的缺点，提供一种封闭式的石英灯辐射加热方式模拟高温热环境，并在该高温热环境下实现结构振动的试验装置。本发明的结构为：包括有箱门的箱体，箱体上方有观测窗，观测窗上设有激光传感器；箱体内部分布有石英灯阵列和热电偶；箱体下方有一开口，振动发生器置于箱体底部，激振顶杆由此开口伸入箱体内，激振顶杆上方安装有夹具。本发明采用全封闭的箱体保存热量，加热效率高，加热效果强。利用非接触式的激光传感器直接测试高温热环境下的结构振动，减少了测试误差。石英灯阵列用不同的温度控制器独立控制，加热时可以模拟不同方向的受热，与飞行器气动加热的实际情况更加吻合。

Description

石英灯辐射加热的振动试验装置
技术领域
本发明涉及一种在高温热环境下实现振动的试验装置。特别涉及一种采用石英灯辐射加热的方式模拟高温热环境，并在该高温热环境下实现结构振动的试验装置。
 
背景技术
在航空、航天领域，随着飞行器飞行马赫数的提高，气动加热带来的热振耦合现象已成为困扰飞行器设计的主要难题。在热效应作用下，飞行器表面温度急剧上升，严重时会造成飞行器结构变形，表面点蚀等现象。高温会引起材料弹性模量等物理参数的改变，不同部位受热不均所产生的热应力，将对飞行器结构的动力学特性产生很大影响。因此在飞行器的设计中，考虑热效应对结构振动特性的影响，在地面实现高温热环境下的结构振动试验尤为重要。
实现高温热环境是进行热振动试验的前提条件。目前国内外一般采用石英灯、石墨加热器、电弧灯等热辐射方式加热试验件。吴大方等（公开号CN102042870A）设计了高速巡航导弹翼面600℃高温热振耦合试验固有频率的测取装置，采用上下两列石英灯阵列加热试件，陶瓷引伸杆传递响应信号，用传统加速度传感器测量振动信号。由于加热装置处在开放的环境中，与外界有较多的热流失，存在加热效率低的缺点。此外，传感器通过陶瓷引伸杆间接测量试件的振动响应，存在测试误差问题。
发明内容
本发明为了克服开放空间中加热效率低、热量流失快的缺点，提供一种封闭式的石英灯辐射加热方式模拟高温热环境，并在该高温热环境下实现结构振动的试验装置。本发明的另一目的是减少测量误差，并可以模拟不同方向的受热，使模拟效果更符合实际情况。
本发明的结构为：包括有箱门的箱体，箱体上方有观测窗，观测窗上设有激光传感器；箱体内部分布有石英灯阵列和热电偶；箱体下方有一开口，振动发生器置于箱体底部，激振顶杆由此开口伸入箱体内，激振顶杆上方安装有夹具。
进一步改进，所述的激光传感器为非接触式激光传感器。
进一步改进，所述的箱体外还设有与石英灯阵列组数相等的温度控制器，分别控制各组石英灯阵列的温度。
本发明的有益效果为：
1、采用全封闭的箱体保存热量，具有加热效率高，加热效果强的特点。
2、利用非接触式的激光传感器直接测试高温热环境下的结构振动，减少了测试误差。
3、每组石英灯阵列用不同的温度控制器独立控制，加热时可以模拟不同方向的受热,与飞行器气动加热的实际情况更加吻合。
4、结构简洁，可用于热振耦合条件下的强度校核与模态试验，为高温热环境下的结构安全设计提供了地面试验手段，具有重要的工程应用价值。
附图说明
图1为石英灯辐射加热的振动试验装置示意图；
图2为耐高温箱体结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施实例及附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。
图1所示为本发明石英灯辐射加热的振动试验装置一个实例示意图，包括：耐高温箱体1、非接触式激光传感器2、振动发生器3、激振顶杆4和试件夹具5。
图2为图1中所示的耐高温箱体结构示意图。箱体1为长方体型，设有箱门。箱体内外表面由高温不锈钢材料制成，箱体中间用耐高温的硅酸盐纤维隔热材料填充。箱体上表面有观测窗7，观测窗镶嵌耐高温的石英玻璃。非接触式激光传感器2的激光信号透过观测窗7，以非接触的方式直接测试箱体内试件的振动响应信号。箱体底部有一开口，振动发生器3置于箱体底部，激振顶杆4由此开口伸入箱体内，对箱体内安装在夹具5上的试件进行激振。箱体内侧上表面和左右表面分别安装若干组石英灯阵列8，当箱门关闭时可实现对箱体内的试件进行封闭式加热。箱体内安装热电偶6，实时测量箱内温度。石英灯阵列8的加热温度和加热速度由单独放置的温度控制器进行控制。每组石英灯阵列由不同的温度控制器独立控制，可以模拟不同方向的受热。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种石英灯辐射加热的振动试验装置，其特征在于：包括有箱门的箱体（1），箱体（1）上方有观测窗（7），观测窗（7）上设有激光传感器（2）；箱体（1）内部分布有石英灯阵列（8）和热电偶（6）；箱体（1）下方有一开口，振动发生器（3）置于箱体底部，激振顶杆（4）由此开口伸入箱体内，激振顶杆（4）上方安装有夹具（5）。
2.根据权利要求1所述的石英灯辐射加热的振动试验装置，其特征在于：所述的激光传感器（2）为非接触式激光传感器。
3.根据权利要求1所述的石英灯辐射加热的振动试验装置，其特征在于：所述的箱体（1）外还设有与石英灯阵列（8）组数相等的温度控制器，分别控制各组石英灯阵列（8）的温度。
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