CN112903506A - 一种热流控制试验方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于飞行器防热材料热强度试验领域，特别涉及一种热流控制试验方法。包括：构建热流控制模拟试验系统，通过控制器控制加热器对模拟件施加试验热流载荷；获取对模拟件进行热流控制的控制输出值，并将控制输出值存储到正式试验用的控制器中作为试验控制的备用命令值；构建热流控制正式试验系统，通过正式试验用的控制器控制加热器对试验件施加试验热流载荷，控制器实时获取热流计的反馈信号，并判定热流计的反馈是否失效，若否，则控制器根据接收的热流计的反馈值进行闭环控制；若是，则控制器切换到所述备用命令值进行开环控制。本申请在热流计发生故障时，将闭环反馈控制模式切换成开环控制模式，避免热流计失效带来的风险。

Description

一种热流控制试验方法
技术领域
本申请属于飞行器防热材料热强度试验领域，特别涉及一种热流控制试验方法。
背景技术
烧蚀材料作为高速飞行器常用的防热材料之一，广泛应用于各类高焓、低热流、长航时环境条件中。地面烧蚀材料结构热强度试验中，由于材料本身的特性，烧蚀材料受热后会产生较大的火焰和烟雾，从而对热流计等传感器的稳定性造成很大的影响，严酷的工作环境大大增加了作为闭环控制系统反馈的热流传感器失效的风险，控制系统反馈失效的风险相对于其他类型试验较为突出。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种热流控制试验方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种热流控制试验方法，包括：
步骤一、构建热流控制模拟试验系统，具体包括：
制作与试验件外形相同的模拟件；
在所述模拟件上安装热流计；
为所述模拟件配置加热器；
通过控制器控制加热器对所述模拟件施加试验热流载荷；
步骤二、获取对所述模拟件进行热流控制的控制输出值，并将所述控制输出值存储到正式试验用的控制器中作为试验控制的备用命令值；
步骤三、构建热流控制正式试验系统，具体包括：
在所述试验件上安装热流计；
为所述试验件配置加热器；
通过正式试验用的控制器控制加热器对所述试验件施加试验热流载荷，控制器实时获取热流计的反馈信号，并判定热流计的反馈是否失效，
若否，则控制器根据接收的热流计的反馈值进行闭环控制；
若是，则控制器切换到所述备用命令值进行开环控制。
可选地，步骤一中，所述模拟件包括金属模拟件以及非金属模拟件。
可选地，所述所述模拟件呈圆筒形。
可选地，所述在所述模拟件上安装热流计包括：
在所述模拟件上划分多个温区，并在所述模拟件的每个温区分别安装热流计。
可选地，所述模拟件上划分有四个温区，并在四个温区分别安装热流计。
可选地，所述模拟件的每个温区分别配置有对应的加热器。
可选地，所述加热器包括多个石英灯管，多个所述石英灯管以与所述模拟件外型相适配的方式排布，保证每个所述石英灯管到所述模拟件的距离均相等。
可选地，步骤一中，所述构建热流控制模拟试验系统，还包括：
为所述模拟件配置抽烟组件，所述抽烟组件包括设置在所述模拟件正上方的抽烟管道，以及设置在所述抽烟管道中的风机。
可选地，步骤三中，所述构建热流控制正式试验系统，还包括：
为所述试验件配置抽烟组件，所述抽烟组件包括设置在所述试验件正上方的抽烟管道，以及设置在所述抽烟管道中的风机。
可选地，步骤三中，若热流计的反馈失效，则控制器在一个控制周期T内切换到所述备用命令值进行开环控制。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的热流控制试验方法，在热流计发生故障时，将原有的闭环反馈控制模式切换成开环控制模式，从而避免热流计失效带来的风险，在地面热强度模拟试验中能够保证烧蚀材料试验顺利完成，在很大程度上提高试验的可靠性，具有很高的应用价值。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的热流控制试验方法的热流控制试验系统示意图；
图2是本申请一个实施方式的热流控制试验方法的热流控制流程图；
图3是本申请一个实施方式的热流控制试验方法的热流控制模式切换操作流程图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图3对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种热流控制试验方法，包括以下步骤：
步骤一、构建热流控制模拟试验系统，具体包括：
制作与试验件外形相同的模拟件；
在模拟件上安装热流计；
为模拟件配置加热器；
通过控制器控制加热器对模拟件施加试验热流载荷；
步骤二、获取对模拟件进行热流控制的控制输出值，并将控制输出值存储到正式试验用的控制器中作为试验控制的备用命令值；
步骤三、构建热流控制正式试验系统，具体包括：
在试验件上安装热流计；
为试验件配置加热器；
通过正式试验用的控制器控制加热器对试验件施加试验热流载荷，控制器实时获取热流计的反馈信号，并判定热流计的反馈是否失效，
若否，则控制器根据接收的热流计的反馈值进行闭环控制；
若是，则控制器切换到所述备用命令值进行开环控制。
本申请的热流控制试验方法，通过控制器控制加热器对试验件施加试验热流载荷，在试验件的热流计未发生故障时，控制器根据接收的热流计的反馈值进行闭环控制，输出值为V闭环，当试验件的热流计发生故障时，在一个控制周期T内将备用命令值作为控制器的输出值V输出进行开环控制。
本申请的热流控制试验方法，在构建热流控制模拟试验系统时，需要保证与正式试验时热流计的安装位置一致，因此需要制作与试验件外形相同的模拟件进行加热。本实施例中，首先制作与正式试验件外形相同的金属模拟件或非金属模拟件，模拟件呈圆筒形。其次，可以在模拟件上划分多个温区，根据温区划分安装相应的热流计，并记录热流计的安装位置；本实施例中，按照如图1的方式分别在四个温区内安装热流计，并对热流计的安装位置进行记录，保证与正式试验时的安装位置无差异。然后，为模拟件的每个温区分别配置对应的正式试验加热器，并记录安装位置，本申请中，为了使加热器在相同控制信号下的输出功率保持一致，使用正式试验加热器进行输出功率标定。
有利的是，本实施例中，加热器包括多个石英灯管，多个石英灯管以与模拟件外型相适配的方式排布，保证每个石英灯管到模拟件的距离均相等。
有利的是，本实施例中，在构建热流控制模拟试验系统时，还包括：为模拟件配置抽烟组件，抽烟组件包括设置在模拟件正上方的抽烟管道，以及设置在抽烟管道中的风机，用于抽吸热流控制试验时产生的烟尘。
同理，本实施例中，在构建热流控制正式试验系统时，还包括：为试验件配置抽烟组件，抽烟组件包括设置在试验件正上方的抽烟管道，以及设置在抽烟管道中的风机，用于抽吸热流控制试验时产生的烟尘。
本申请的热流控制试验方法，在模拟件的热流控制模拟试验系统装配完成后，按照试验热流条件对模拟件施加试验热流载荷，记录模拟件的控制输出值，并将采集得到的控制输出值存储到正式试验用的控制器中作为正式试验控制的备用命令值V备用=V标定输出值。在地面烧蚀材料结构热强度试验中，通过控制器控制加热器对试验件施加试验热流载荷，控制器实时判断热流计反馈是否失效，在热流计发生故障前，系统采用闭环控制模式，控制器根据接收的热流计的反馈值进行闭环控制，当热流计发生故障时，控制器切换到开环控制模式，使用备用命令值进行开环功率控制，即V输出=V备用，直至试验结束。本实施例中，在试验过程中，若热流计反馈发生剧烈跳动或反馈失效，则在一个控制周期T内立即将控制模式切换到开环控制方式，即利用之前的备用命令值进行开环功率控制，保证试验顺利完成。
本申请的热流控制试验方法，在热流计发生故障时，将原有的闭环反馈控制模式切换成开环控制模式，有效避免了由于烧蚀材料本身特性带来影响，解决了在试验过程中反馈失效导致的试验终止的问题，能够保证试验完整顺利进行。本申请首次提出并实现了烧蚀材料结构部件和全尺寸部件的热流开环控制，该方法物理概念明晰、操作方法简单、具有很高的工程应用价值。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种热流控制试验方法，其特征在于，包括：
步骤一、构建热流控制模拟试验系统，具体包括：
制作与试验件外形相同的模拟件；
在所述模拟件上安装热流计；
为所述模拟件配置加热器；
通过控制器控制加热器对所述模拟件施加试验热流载荷；
步骤二、获取对所述模拟件进行热流控制的控制输出值，并将所述控制输出值存储到正式试验用的控制器中作为试验控制的备用命令值；
步骤三、构建热流控制正式试验系统，具体包括：
在所述试验件上安装热流计；
为所述试验件配置加热器；
通过正式试验用的控制器控制加热器对所述试验件施加试验热流载荷，控制器实时获取热流计的反馈信号，并判定热流计的反馈是否失效，
若否，则控制器根据接收的热流计的反馈值进行闭环控制；
若是，则控制器切换到所述备用命令值进行开环控制。
2.根据权利要求1所述的热流控制试验方法，其特征在于，步骤一中，所述模拟件包括金属模拟件以及非金属模拟件。
3.根据权利要求2所述的热流控制试验方法，其特征在于，所述所述模拟件呈圆筒形。
4.根据权利要求3所述的热流控制试验方法，其特征在于，所述在所述模拟件上安装热流计包括：
在所述模拟件上划分多个温区，并在所述模拟件的每个温区分别安装热流计。
5.根据权利要求4所述的热流控制试验方法，其特征在于，所述模拟件上划分有四个温区，并在四个温区分别安装热流计。
6.根据权利要求5所述的热流控制试验方法，其特征在于，所述模拟件的每个温区分别配置有对应的加热器。
7.根据权利要求6所述的热流控制试验方法，其特征在于，所述加热器包括多个石英灯管，多个所述石英灯管以与所述模拟件外型相适配的方式排布，保证每个所述石英灯管到所述模拟件的距离均相等。
8.根据权利要求1所述的热流控制试验方法，其特征在于，步骤一中，所述构建热流控制模拟试验系统，还包括：
为所述模拟件配置抽烟组件，所述抽烟组件包括设置在所述模拟件正上方的抽烟管道，以及设置在所述抽烟管道中的风机。
9.根据权利要求8所述的热流控制试验方法，其特征在于，步骤三中，所述构建热流控制正式试验系统，还包括：
为所述试验件配置抽烟组件，所述抽烟组件包括设置在所述试验件正上方的抽烟管道，以及设置在所述抽烟管道中的风机。
10.根据权利要求1所述的热流控制试验方法，其特征在于，步骤三中，若热流计的反馈失效，则控制器在一个控制周期T内切换到所述备用命令值进行开环控制。
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