CN104568491B - 一种包装状态降落伞装置隔热性能通用测试方法 - Google Patents

Abstract

一种包装状态降落伞装置隔热性能通用测试方法，利用在降落伞装置包装时将多组热电偶一同布放到伞包内指定位置，然后将包装状态降落伞装置放置在温湿箱内，开始按照要求迅速升温，达到目标温度后，保持一定时间，记录整个升温、保温试验过程中各测温热电偶的温度值，据此评估降落伞装置包装状态各部位的温升特性，本发明是一种简易、有效和通用的测试方法，可适用于各种包装形态的降落伞装置，最大程度上满足了包装状态降落伞装置隔热性能通用测试的需求。

Description

一种包装状态降落伞装置隔热性能通用测试方法

技术领域

本发明涉及一种隔热性能通用测试方法，特别是一种包装状态降落伞装置隔热性能通用测试方法，属于航天器用降落伞技术领域。

背景技术

传统的航天器弹道再入飞行时间短，相应的再入气动加热时间不长，隔热问题不十分突出，因此，对降落伞装置隔热性能试验研究近乎空白。

近年来，随着航天器再入飞行速度的提高，如探月三期嫦娥飞行器返回器采用接近第二宇宙速度二次跳跃式再入方式返回，再入气动加热时间较长，总热量很大，对降落伞装置抗热载荷的要求也越来越高，为确保降落伞装置能在给定的热载荷条件下可靠工作，需通过确定其在高温环境中内部各部位的温升特性来明确其隔热性能。降落伞装置内部各部位温度特性的测量对于评估降落伞装置隔热性能、降落伞装置内部温度分布和降落伞装置各部组件热设计具有重要的意义。当前降落伞专业领域尚无简单、有效的隔热性能测试方法，因此，如何正确、简单地测试包装状态降落伞装置隔热性能是个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种包装状态降落伞装置隔热性能通用测试方法，采用热电偶进行降落伞装置隔热性能测试，可适用于各种包装形态的降落伞装置，最大程度上满足了包装状态降落伞装置隔热性能通用测试的需求。

本发明的技术解决方案是：一种包装状态降落伞装置隔热性能通用测试方法，步骤如下：

(1)测试前，将待测试降落伞装置进行包伞，在包伞过程中依据不同伞包体型确定的不同布放方式在伞包内固定位置埋入测温用热电偶；

(2)包伞后确认热电偶状态是否工作正常，若正常，则进入步骤(3)，否则，返回步骤(1)，检查故障原因，重新进行包伞；

(3)将包好的降落伞装置放置在温湿箱内，按照预先设定的温变率对降落伞装置进行升温，达到目标温度后进行保温，直至各测温用热电偶的温度保持不变，记录整个试验过程中各测温用热电偶的温度值；

(4)检查步骤(3)中记录的各测温用热电偶温度值数据有无缺失，若无缺失，则进入步骤(5)，否则，返回步骤(3)，检查故障原因，重新试验；

(5)利用步骤(4)中获得的各测温用热电偶的温度值数据得到一个三元连续函数，即获得该包装状态下的降落伞装置完整三维温度场分布；

(6)利用步骤(5)中确定的该包装状态下的降落伞装置完整三维温度场分布，从而获取该包装状态下降落伞装置各个位置点温度值。

所述步骤(1)中的不同布放方式包括椭圆柱体型伞包的布放方式和圆柱体型伞包的布放方式；

所述椭圆柱体型伞包的布放方式具体为：在椭圆柱体型伞包中沿轴向选取多个椭圆形平面，在每个椭圆形平面长轴端点中各取一个点为测量点，椭圆柱体型伞包中轴线与选取的每个椭圆形平面的交点均为测量点，在每个椭圆形平面长轴的中点和端点之间各取多个点作为测量点，在每个椭圆形平面短轴的中点和端点之间各取多个点作为测量点，在每个椭圆形平面短轴端点中各取一个点为测量点，选取椭圆柱体型伞包底面中心点作为测量点；

所述圆柱体型伞包的布放方式具体为：在圆柱体型伞包中沿轴向选取多个圆形平面，在每个圆形平面直径端点中各取一个点为测量点，圆柱体型伞包中轴线与选取的每个圆形平面的交点均为测量点，在每个圆形平面的圆心和直径的端点之间各取多个点作为测量点，选取圆柱体型伞包底面圆心作为测量点。

所述选取的椭圆形平面和圆形平面分别将椭圆柱体型伞包和圆柱体型伞包沿轴向均分为N段，所述N＝N1+1，N1为选取的椭圆形平面和圆形平面的个数。

所述每个椭圆形平面长轴的中点和端点之间各取多个点作为测量点，所选取的点均匀分布在椭圆形平面长轴的中点和端点之间。

所述每个椭圆形平面短轴的中点和端点之间各取多个点作为测量点，所选取的点均匀分布在椭圆形平面短轴的中点和端点之间。

所述在每个圆形平面的圆心和直径的端点之间各取多个点作为测量点，所选取的点均匀分布在圆形平面的圆心和直径的端点之间。

所述步骤(5)中的三元连续函数，具体由公式：

给出，式中i表示预先埋入的第i个测温用热电偶，i分别取1,2,3···m，(x_i,y_i,z_i)表示预先埋入的第i个测温用热电偶的坐标，T(x,y,z)表示包装状态降落伞中位置坐标点(x,y,z)的温度值，m表示预先埋入测温用热电偶的个数，a_i为系数。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)目前降落伞装置热设计愈显重要，如何正确预估在高温环境中包装状态降落伞装置内部各部组件的温升特性是降落伞装置研制过程中需要重点关注的问题，但目前尚未见到降落伞装置隔热性能实用的测试手段，采用本发明可以准确评估降落伞装置隔热性能，填补了目前该领域的空白；

(2)本发明将布放在包装状态降落伞装置内部的多组热电偶分成三类，针对当前降落伞装置伞包两种常见构型——椭圆柱体型和圆柱体型分别提出了不同的布放方式，经试验验证，热电偶布放方式简单、有效，可正确测量包装状态降落伞装置温度变化；

(3)本发明利用热电偶获取的温度数据插值出一个连续三元连续函数，可较全面客观地建立包装状态降落伞装置温度场分布形态，利用该连续三元连续函数可以快速、方便地确定降落伞装置各位置的温度，从而完成降落伞装置的隔热性能测试；

(4)本发明方法简单，通用性高，适用于各种形状降落伞装置的隔热性能测试。

附图说明

图1本发明流程图；

图2本发明隔热性能测试原理示意图；

图3椭圆柱体型伞包热电偶布放示意图；

图4圆柱体型伞包热电偶布放示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

如图1为本发明的发明流程图，从图1可知，本发明提供的一种包装状态降落伞装置隔热性能通用测试方法，步骤如下：

(1)测试前，将待测试降落伞装置进行包伞，在包伞过程中依据不同伞包体型确定的不同布放方式在伞包内固定位置埋入测温用热电偶；所述不同布放方式包括椭圆柱体型伞包的布放方式和圆柱体型伞包的布放方式；

所述椭圆柱体型伞包的布放方式具体为：在椭圆柱体型伞包中沿轴向选取多个椭圆形平面，在每个椭圆形平面长轴端点中各取一个点为测量点，椭圆柱体型伞包中轴线与选取的每个椭圆形平面的交点均为测量点，在每个椭圆形平面长轴的中点和端点之间各取多个点作为测量点，在每个椭圆形平面短轴的中点和端点之间各取多个点作为测量点，在每个椭圆形平面短轴端点中各取一个点为测量点，选取椭圆柱体型伞包底面中心点作为测量点；

所述圆柱体型伞包的布放方式具体为：在圆柱体型伞包中沿轴向选取多个圆形平面，在每个圆形平面直径端点中各取一个点为测量点，圆柱体型伞包中轴线与选取的每个圆形平面的交点均为测量点，在每个圆形平面的圆心和直径的端点之间各取多个点作为测量点，选取圆柱体型伞包底面圆心作为测量点。

为了取得最好的测温效果，所选取的椭圆形平面和圆形平面分别将椭圆柱体型伞包和圆柱体型伞包沿轴向均分为N段，所述N＝N1+1，N1为选取的椭圆形平面和圆形平面的个数，且所述每个椭圆形平面长轴的中点和端点之间各取多个点，所选取的点均匀分布在椭圆形平面长轴的中点和端点之间，所述每个椭圆形平面短轴的中点和端点之间各取多个点，所选取的点均匀分布在椭圆形平面短轴的中点和端点之间，所述在每个圆形平面的圆心和直径的端点之间各取多个点作为测量点，所选取的点均匀分布在圆形平面的圆心和直径的端点之间。

(2)包伞后确认热电偶状态是否工作正常，若正常，则进入步骤(3)，否则，返回步骤(1)，检查故障原因，重新进行包伞；

(3)将包好的降落伞装置放置在温湿箱内，按照预先设定的温变率对降落伞装置进行升温，达到目标温度后进行保温，直至各测温用热电偶的温度保持不变，记录整个试验过程中各测温用热电偶的温度值；

(4)检查步骤(3)中记录的各测温用热电偶温度值数据有无缺失，若无缺失，则进入步骤(5)，否则，返回步骤(3)，检查故障原因，重新试验；

(5)利用步骤(4)中获得的各测温用热电偶的温度值数据得到一个三元连续函数，即获得该包装状态下的降落伞装置完整三维温度场分布；所述三元连续函数，具体由公式：

给出，式中i表示预先埋入的第i个测温用热电偶，i分别取1,2,3···m，(x_i,y_i,z_i)表示预先埋入的第i个测温用热电偶的坐标，T(x,y,z)表示包装状态降落伞中位置坐标点(x,y,z)的温度值，m表示预先埋入测温用热电偶的个数，a_i为系数；

(6)利用步骤(5)中确定的该包装状态下的降落伞装置完整三维温度场分布，分析该包装状态下降落伞装置的隔热性能。

具体实施例

(1)本实施例中椭圆柱体型伞包尺寸为：长轴长度为350mm，短轴长度为220mm，高度为210mm，圆柱体型伞包尺寸为：底部直径ф150mm，高度为180mm。

测试前，根据降落伞装置实际使用状态的包装方式进行包伞，并依据不同的伞包体型确定的不同布放方式在伞包内固定位置埋入测温用热电偶；包装前应检查热电偶的导线和接头有无问题；包装时应小心误损热电偶及接头等，包装后确认热电偶状态正常。

伞包内热电偶布放遵循能完整反映包装好的降落伞伞衣各部位的温升特性为原则。假设包装状态降落伞装置内各部件均匀放置在伞包内，其温度是由伞包外围向中心递减的分布形态，将测温点分为三类，第一类位于伞包外侧伞包边缘，称之为外侧测温点；第二类位于伞包内部，与伞包有一定距离，称之为中部测温点；第三类位于伞包中心轴线上，称之为中轴测温点。

其中，椭圆柱体型伞包的布放方式如图2所示，布放的位置为中轴(Z1、Z2)、长轴内侧(Z3、Z4)、长轴中部(Z5、Z6)、短轴内侧(Z7、Z8)和底部内侧(Z9)共5组9个测量点，测温点位置坐标如表1所示。圆柱体型伞包的布放方式如图3所示，布放位置为中轴(J1、J2)、内侧(J3、J4)、中部(J5、J6)和内侧(J7)共4组7个测量点，测温点位置坐标如表2所示。测量点的数量可根据降落伞装置包装实际情况适当调整，若伞包内有火工品等需重点关注温升特性的部件时，可在其上加布测量点。内壁各测量点应避开伞横向加强带、搭接缝合部等。

表1

椭圆柱体型伞包位置坐标系规定(以图3示意图说明)：

原点：椭圆柱体型伞包底边长、短轴交点；

X轴：以原点为起点，沿着长轴方向，规定指向右为正；

Y轴：以原点为起点，沿着短轴方向，规定指向前为正

Z轴：满足右手坐标系，以原点为起点，沿着高度方向，规定指向上为正。

表2

圆柱体型伞包位置坐标系规定(以图4示意图说明)：

原点：圆柱体型伞包底边圆点；

X轴：以原点为起点，规定指向正右为正；

Y轴：以原点为起点，规定指向正前为正

Z轴：满足右手坐标系，以原点为起点，沿着高度方向，规定指向上为正。

(2)包伞过程中需确认热电偶布放位置是否正确，包伞后确认热电偶状态是否工作正常，若正常，则进入步骤(3)，否则，返回步骤(1)，检查原因，排除故障，重新进行包伞；

(3)将包好的降落伞装置放置在温湿箱内，按照预先设定的温变率进行迅速升温(温变率选定应以快速建立预定温度为原则，实施例中值选取为10℃/min)，达到目标温度T1后(实施例中值选取为150℃)，保温时间t1(经验值，以保证温度稳定为原则，实施例中值选取为20min)，记录整个试验过程中各测温用热电偶的温度变化值；

(4)检查记录的数据是否完整，有无缺失。若正常，则进入步骤(5)，否则，返回步骤(3)，检查原因，排除故障，重新试验；

(5)利用步骤(4)中获得的各测温用热电偶的温度值数据插值得到一个三元连续函数，即可获得该包装状态下的降落伞装置完整三维温度场分布，可以据此分析包装状态降落伞装置隔热性能。

试验后可获取到所有测温点的温度数据，如表3所示，由于热电偶布放数量的限制，因此试验获取的温度数据为有限的、离散的。而包装状态降落伞装置实际温度场是连续的，为全面客观地建立包装状态降落伞装置温度场分布形态，通过将试验获取的温度数据插值出一个连续三元连续函数。根据前文给出的关于温度的线性组合方程将m个不同位置所测得的温度数据值代入方程中可得线性方程组为其中1≤i≤m，1≤j≤m，求解线性方程组即可解出系数a₁、a₂、…、a_m。

以椭圆柱体型伞包为例，有9个测温点，即有9个温度值，Z1、Z2···Z8、Z9，m＝9，根据计算，可求得a1＝0.1560，a2＝-0.1146，a3＝-0.0664，a4＝-0.0044，a5＝0.1278，a6＝0.1322，a7＝-0.0803，a8＝0.0188，a9＝-0.0972。

以圆柱体型伞包为例，有7个测温点，即有7个温度值，J1、J2···J6、J7，m＝7，根据计算，可求得a1＝0.2719，a2＝-1.7005，a3＝0.1449，a4＝-2.0138，a5＝-0.4172，a6＝4.7773，a7＝-0.2039。

表3

序号	测温点	温度值(℃)
			1	Z1	1.5
2	Z2	8.3
			3	Z3	40.3
4	Z4	38.8
			5	Z5	5
6	Z6	7.7
			7	Z7	40
8	Z8	37.8
			9	Z9	38.2
10	J1	14.8
			11	J2	14.1
12	J3	39
			13	J4	39.6
14	J5	12.8
			15	J6	24.4
16	J7	39.7

根据上文求得的系数，代入方程中，已知伞包内任意一点位置坐标值(x,y,z)，即可由上述方程求得该点的温度值。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种包装状态降落伞装置隔热性能通用测试方法，其特征在于步骤如下：

(1)测试前，将待测试降落伞装置进行包伞，在包伞过程中依据不同伞包体型确定的不同布放方式在伞包内固定位置埋入测温用热电偶；

(2)包伞后确认热电偶状态是否工作正常，若正常，则进入步骤(3)，否则，返回步骤(1)，检查故障原因，重新进行包伞；

(3)将包好的降落伞装置放置在温湿箱内，按照预先设定的温变率对降落伞装置进行升温，达到目标温度后进行保温，直至各测温用热电偶的温度保持不变，记录整个试验过程中各测温用热电偶的温度值；

(4)检查步骤(3)中记录的各测温用热电偶温度值数据有无缺失，若无缺失，则进入步骤(5)，否则，返回步骤(3)，检查故障原因，重新试验；

(5)利用步骤(4)中获得的各测温用热电偶的温度值数据得到一个三元连续函数，即获得该包装状态下的降落伞装置完整三维温度场分布；

(6)利用步骤(5)中确定的该包装状态下的降落伞装置完整三维温度场分布，从而获取该包装状态下降落伞装置各个位置点温度值。

2.根据权利要求1所述的一种包装状态降落伞装置隔热性能通用测试方法，其特征在于：所述步骤(1)中的不同布放方式包括椭圆柱体型伞包的布放方式和圆柱体型伞包的布放方式；

所述椭圆柱体型伞包的布放方式具体为：在椭圆柱体型伞包中沿轴向选取多个椭圆形平面，在每个椭圆形平面长轴端点中各取一个点为测量点，椭圆柱体型伞包中轴线与选取的每个椭圆形平面的交点均为测量点，在每个椭圆形平面长轴的中点和端点之间各取多个点作为测量点，在每个椭圆形平面短轴的中点和端点之间各取多个点作为测量点，在每个椭圆形平面短轴端点中各取一个点为测量点，选取椭圆柱体型伞包底面中心点作为测量点；

所述圆柱体型伞包的布放方式具体为：在圆柱体型伞包中沿轴向选取多个圆形平面，在每个圆形平面直径端点中各取一个点为测量点，圆柱体型伞包中轴线与选取的每个圆形平面的交点均为测量点，在每个圆形平面的圆心和直径的端点之间各取多个点作为测量点，选取圆柱体型伞包底面圆心作为测量点。

3.根据权利要求2所述的一种包装状态降落伞装置隔热性能通用测试方法，其特征在于：所述选取的椭圆形平面和圆形平面分别将椭圆柱体型伞包和圆柱体型伞包沿轴向均分为N段，所述N＝N1+1，N1为选取的椭圆形平面和圆形平面的个数。

4.根据权利要求2所述的一种包装状态降落伞装置隔热性能通用测试方法，其特征在于：所述每个椭圆形平面长轴的中点和端点之间各取多个点作为测量点，所选取的点均匀分布在椭圆形平面长轴的中点和端点之间。

5.根据权利要求2所述的一种包装状态降落伞装置隔热性能通用测试方法，其特征在于：所述每个椭圆形平面短轴的中点和端点之间各取多个点作为测量点，所选取的点均匀分布在椭圆形平面短轴的中点和端点之间。

6.根据权利要求2所述的一种包装状态降落伞装置隔热性能通用测试方法，其特征在于：所述在每个圆形平面的圆心和直径的端点之间各取多个点作为测量点，所选取的点均匀分布在圆形平面的圆心和直径的端点之间。

7.根据权利要求1所述的一种包装状态降落伞装置隔热性能通用测试方法，其特征在于：所述步骤(5)中的三元连续函数，具体由公式：

$T(x,y,z)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i*\sqrt{{(x-x_i)}^2+{(y-y_i)}^2+{(z-z_i)}^2}$

给出，式中i表示预先埋入的第i个测温用热电偶，i分别取1,2,3···m，(x_i,y_i,z_i)表示预先埋入的第i个测温用热电偶的坐标，T(x,y,z)表示包装状态降落伞中位置坐标点(x,y,z)的温度值，m表示预先埋入测温用热电偶的个数，a_i为系数。