CN105122968B - 真空环境下构件热变形测量系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及构件热变形测量，公开了一种真空环境下构件热变形测量系统，包括测试系统[1]和真空试验罐[2]；测试系统[1]包括：计算机[101]通过电缆分别与位移测量系统[102]、测温系统[103]、加热系统[104]连接，控制这些系统的动作，并处理这些系统的测试数据。真空试验罐[2]内，碳纤维基准框[205]上安装被测构件[206]，以及由热电偶[203]和加热片[204]组成的热控多层；在被测构件[206]特征部位安装有电涡流位移传感器[202]。本发明还公开了这一系统的测量方法。本发明解决了验证设计和仿真分析计算是否正确的问题，取得了操作简便、检测精度高、设备造价低等有益效果。<pb pnum="1" />

Description

真空环境下构件热变形测量系统及其测量方法

技术领域

本发明涉及构件热变形测量，具体涉及对空间真空环境下形成的温度场产生飞行器构件热变形状况的测量系统，本发明还涉及该测量系统的测量方法。

背景技术

飞行器在轨工作时，空间恶劣的真空和温度环境往往引起诸如SAR天线等构件的变形，从而对其性能产生不利的影响。因此，产品的设计和地面检测真空环境的热变形一直是被关注的技术难点之一。

本发明应用之前，主要通过设计和仿真计算的结果来分析航天产品的热变形，由于这种设计和仿真计算的结果缺乏验证手段，往往引起失误，导致产生影响产品性能的隐患。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

为了解决现有技术设计和仿真计算的结果缺乏验证手段，导致产生影响产品性能隐患等问题，本发明的目的的第一方面，在于提供一种真空环境下构件热变形测量系统。利用本发明，可以解决在真空温度场环境下，对星上构件热变形性能的检测问题。

为了解决现有技术的不足，本发明目的的第二方面，还提供一种真空环境下构件热变形测量系统的测量方法，利用本发明的系统验证设计和仿真计算的结果，为设计师在工程应用中提供可靠的设计依据。

为了达到上述发明目的，本发明的第一方面，为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种真空环境下构件热变形测量系统，该装置包括：

测试系统和真空试验罐。

上述测试系统包括：计算机通过电缆分别与位移测量系统、测温系统和加热系统连接，控制这些系统的动作，并处理这些系统的测试数据。

上述真空试验罐具有一个形成温度场的红外加热笼；真空试验罐中安装有各种测试器件，包括：被测构件，其正面对着形成温度场的红外加热笼，背面安装在一个碳纤维基准框上；碳纤维基准框上粘贴有热电偶和加热片；热电偶和加热片的外部包覆有隔热材料，组成一个热控多层；在被测构件特征部位的碳纤维基准框上安装有电涡流位移传感器，用于检测被测构件与碳纤维基准框之间的位移量；它的检测信号通过前置放大器放大后输送给位移测量系统，由计算机进行处理。

上述热电偶与测温系统连接，用于测量碳纤维基准框的温度；加热片与加热系统连接，对碳纤维基准框进行补温加热；计算机通过测温仪和热电偶测出碳纤维基准框在真空罐内的实际温度，并控制加热系统通过直流程控电源对上述热控多层进行热控，将碳纤维基准框控制在常温。

本发明的第二方面，为解决上述技术问题所采用的技术方案是提供一种真空环境下构件热变形测量系统的测量方法，包括如下步骤：

步骤一、位移测量；

1)在真空试验罐内的碳纤维基准框上粘贴加热片、热电偶，再在它们的外部包覆热控多层；计算机通过测温系统和热电偶测试碳纤维基准框的实际温度；通过加热系统和加热片对碳纤维基准框进行补温，实现对热控多层的热控，使碳纤维基准框保持常温；

2)将被测构件安装于碳纤维基准框上，被测构件正面对着形成温度场的红外加热笼；在被测构件特征部位的碳纤维基准框上安装多个电涡流位移传感器；计算机通过位移测量系统、前置放大器与各个电涡流位移传感器连接，接收并处理位移信号；

3)调整碳纤维基准框连同被测构件的位置；关闭真空试验罐，开启红外加热笼，真空试验罐抽真空，在真空试验罐中形成模拟太空环境的真空温度场；

4)以碳纤维基准框的常温为基准，检测被测构件各特征部位相对于电涡流位移传感器的间距变化，所测得的热变形量记录为：d₁。

步骤二、测试数据修正；

1)取出被测构件，将电涡流位移传感器直接放置在碳纤维基准框上；在同一温度场下，测得对应电涡流位移传感器及其整套位移测量系统本身的位移变化量，所测得的热变形量记录为：d₂；

2)修正测试数据，消除系统本身引起的变形，即：被测构件的热变形d＝d₁-d₂。

本发明真空环境下构件热变形测量系统及其测量方法，由于采取上述技术方案，因此，解决了用试验验证设计和仿真计算结果的问题，并通过对测量数据的修正，提高了测量精度，从而为设计师在工程应用中提供可靠的依据，消除了航天器各种构件在空间环境中的各种变形隐患，取得了操作简便、检测精度高、设备造价低等有益效果。本发明具有重要的实用价值。

附图说明

附图为本发明真空环境下构件热变形测量系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明第一方面的优选实施例。

附图为本发明第一方面，一种真空环境下构件热变形测量系统的结构示意图，如附图的实施例所示，该装置包括：测试系统1(图中右侧)和真空试验罐2(图中左侧)。

上述测试系统1包括：计算机101通过电缆分别与位移测量系统102、测温系统103、加热系统104连接，控制这些系统的动作，并处理这些系统的测试数据。

上述真空试验罐2具有一个形成温度场的红外加热笼；真空试验罐2中安装有各种测试器件，包括：

被测构件206的正面对着形成温度场的红外加热笼，背面安装在一个碳纤维基准框205上；碳纤维基准框205上粘贴有热电偶203和加热片204；热电偶203和加热片204的外部包覆有隔热材料，组成一个热控多层；在被测构件206特征部位的碳纤维基准框205上安装有电涡流位移传感器202，用于检测被测构件206与碳纤维基准框205之间的位移量，从而，得出被测构件206在真空罐内的变形变化状况；它的检测信号通过前置放大器201放大后输送给位移测量系统102，由计算机101进行处理。

上述热电偶203与测温系统103连接，用于测量碳纤维基准框205的温度；加热片204与加热系统104连接，对碳纤维基准框205进行补温加热；计算机101通过测温仪和热电偶203测出碳纤维基准框205在真空罐内的实际温度，并控制加热系统104通过直流程控电源对上述热控多层进行热控，将碳纤维基准框205控制在常温。

上述位移测量系统102采用YE5937位移仪；加热系统104采用直流程控电源。上述YE5937位移仪、电涡流位移传感器202、前置放大器201组成了一套能将机械位移转换成电信号输出的非接触式测量位移的装置，能在真空环境下正常运行。上述电涡流位移传感器202可采用不同的型号，用以测量不同范围，如510型、504型测量范围分别为10mm和4mm。上述碳纤维基准框205采用微膨胀系数的碳纤维杆加工而成。

下面，对本发明的第二方面进行描述。

本发明一种真空环境下构件热变形测量系统的测量方法主要分为二步骤，一是位移测量，以常温为基准，测量被测构件在温度场下的位移变化；二是测试数据修正，对位移测量系统、碳纤维基准框在同一温度场下引起的自身微小变形量进行测量和剔除，消除位移测量系统本身引起的变形，进一步提高测量精度。

本发明第二方面，一种真空环境下构件热变形测量系统的测量方法在本发明第一方面所公开的系统上进行，该测量方法包括如下的步骤：

步骤一、位移测量；包括：

1)在真空试验罐2内的碳纤维基准框205上粘贴加热片204、热电偶203，再在它们的外部包覆热控多层；计算机101通过测温系统103和热电偶203测试碳纤维基准框205的实际温度；通过加热系统104和加热片204对碳纤维基准框205进行补温，实现对热控多层的热控，使碳纤维基准框205保持常温；

2)将被测构件206安装于碳纤维基准框205上，被测构件206正面对着形成温度场的红外加热笼；并在被测构件206特征部位的碳纤维基准框205上安装多个电涡流位移传感器202；计算机101通过位移测量系统102、前置放大器201与各个电涡流位移传感器202连接，接收并处理位移信号；

3)调整碳纤维基准框205连同被测构件206的位置；关闭真空试验罐2，开启红外加热笼，真空试验罐2抽真空，在真空试验罐2中形成模拟太空环境的真空温度场；

4)以碳纤维基准框205的常温为基准，检测被测构件206各特征部位相对于电涡流位移传感器202的间距变化，所测得的热变形量记录为：d₁。

步骤二、测试数据修正；

在真空环境下，电涡流位移传感器202测量系统本身由于温度的变化存在微小变形，因此，为了提高测量精度，对测试数据必须进行修正，消除该位移测量系统的变形。测试数据修正包括如下的步骤：

1)取出被测构件206，将电涡流位移传感器202直接放置在碳纤维基准框205上；在同一温度场下，测得对应电涡流位移传感器202及其整套位移测量系统本身的位移变化量，所测得的热变形量记录为：d₂；

2)对测试数据进行修正，消除系统本身引起的变形，即得出：被测构件206的热变形为：d＝d₁-d₂。

由上所述，本发明采用完整的试验系统和试验方法测量构件在真空环境温度场下的热变形，用以验证设计和仿真计算的结果是否正确。通过设计、仿真计算和本发明的系统及其测试方法的试验验证，设计师在工程应用中有了可靠依据，保证了星上构件的可靠稳定。

Claims (5)

1.一种真空环境下构件热变形测量系统，其特征在于，该装置包括：

测试系统[1]和真空试验罐[2]；

所述的测试系统[1]包括：计算机[101]通过电缆分别与位移测量系统[102]、测温系统[103]、加热系统[104]连接，用于控制这些系统的动作，并处理这些系统的测试数据；

上述真空试验罐[2]具有一个形成温度场的红外加热笼；真空试验罐[2]中安装有各种测试器件，包括：

被测构件[206]的正面对着形成温度场的红外加热笼，背面安装在一个碳纤维基准框[205]上；碳纤维基准框[205]上粘贴有热电偶[203]和加热片[204]；热电偶[203]和加热片[204]的外部包覆有隔热材料，组成一个热控多层；在被测构件[206]特征部位的碳纤维基准框[205]上安装有电涡流位移传感器[202]，用于检测被测构件[206]与碳纤维基准框[205]之间的位移量，它的检测信号通过前置放大器[201]放大后输送给位移测量系统[102]，由计算机[101]进行处理；

所述的热电偶[203]与测温系统[103]连接，用于测量碳纤维基准框[205]的温度；加热片[204]与加热系统[104]连接，对碳纤维基准框[205]进行补温加热；计算机[101]通过测温系统[103]和热电偶[203]测出碳纤维基准框[205]在真空试验罐[2]内的实际温度，并控制加热系统[104]通过直流程控电源对上述热控多层进行热控，将碳纤维基准框[205]控制在常温。

2.如权利要求1所述的构件热变形测量系统，其特征在于：所述的位移测量系统[102]采用YE5937位移仪；所述的YE5937位移仪、电涡流位移传感器[202]、前置放大器[201]组成了一套能将机械位移转换成电信号输出的非接触式测量位移的装置，能在真空环境下正常运行。

3.如权利要求1或2所述的构件热变形测量系统，其特征在于：所述的电涡流位移传感器[202]可采用不同的型号，用以测量不同范围。

4.如权利要求1所述的构件热变形测量系统，其特征在于：所述的碳纤维基准框[205]采用微膨胀系数的碳纤维杆加工而成。

5.一种如权利要求1所述的真空环境下构件热变形测量系统的测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、位移测量；该步骤包括：

1)在真空试验罐[2]内的碳纤维基准框[205]上粘贴加热片[204]，热电偶[203]，再在它们的外部包覆隔热材料，组成一个热控多层；计算机[101]通过测温系统[103]和热电偶[203]测试碳纤维基准框[205]的实际温度；通过加热系统[104]和加热片[204]对碳纤维基准框[205]进行补温，实现对热控多层的热控，使碳纤维基准框[205]保持常温；

2)将被测构件[206]安装于碳纤维基准框[205]上，被测构件[206]正面对着形成温度场的红外加热笼；在被测构件[206]特征部位的碳纤维基准框[205]上安装多个电涡流位移传感器[202]；计算机[101]通过位移测量系统[102]、前置放大器[201]与各个电涡流位移传感器[202]连接，接收并处理位移信号；

3)调整碳纤维基准框[205]连同被测构件[206]的位置；关闭真空试验罐[2]，开启红外加热笼，对真空试验罐[2]抽真空，在真空试验罐[2]中形成模拟太空环境的真空温度场；

4)以碳纤维基准框[205]的常温为基准，检测被测构件[206]各特征部位相对于电涡流位移传感器[202]的间距变化，所测得的热变形量记录为d₁；

步骤二、测试数据修正；该步骤包括：

1)取出被测构件[206]，将电涡流位移传感器[202]直接放置在碳纤维基准框[205]上；在同一温度场下，测得对应电涡流位移传感器[202]及其整套位移测量系统本身的位移变化量，所测得的热变形量记录为：d₂；

2)修正测试数据，消除系统本身引起的变形，即得出：被测构件[206]的热变形d＝d₁-d₂。