CN112946014B - 基于能量对比法的高温隐身部件红外隐身性能评价方法 - Google Patents

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    • G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity

Abstract

本发明涉及红外隐身性能测试技术领域，具体公开了一种基于能量对比法的高温隐身部件红外隐身性能快速评价方法，包括：（1）高温隐身试验件和金属对比试验件准备；（2）试验件安装；（3）测试系统调试；（4）试验件预热和调试热像仪；（5）试验件到达测试温度且温度稳定后，打开炉门，完成热图拍摄；（6）测量两种试验件红外辐射温度；（7）计算高温隐身试验件相对金属对比试验件红外辐射特性减缩效果；（8）进行测试误差分析。本发明的基于能量对比法的高温隐身部件红外隐身性能快速评价方法具有设备简单、成本低、测试快捷、结果直观等优点，特别适合材料和部件研制过程使用。

Description

基于能量对比法的高温隐身部件红外隐身性能评价方法
技术领域
本发明属于红外隐身性能测试技术领域，特别涉及一种基于能量对比法的高温隐身部件红外隐身性能快速评价方法。
背景技术
近年来，红外探测与跟踪技术发展迅猛，红外制导武器对飞行器的生存构成了巨大威胁，提高飞行器的红外隐身性能受到了高度重视。飞行器的红外辐射源主要包括发动机的热辐射、尾焰、气动加热引起蒙皮的热红外辐射等，其中飞行器的高温部件红外辐射强度最强，采取红外隐身措施也最为必要。对高温隐身部件的红外隐身性能进行科学有效的评估测试，在高温隐身材料研究中具有重要的指导意义。现有的评价方法主要包括实验验证，即将目标置于真实环境中，利用制导武器的红外导引装置对目标进行探测和识别，从而对目标的红外隐身性能进行评估，这种方法所需成本高、灵活性较差、适用范围有一定限制；还有就是测量红外辐射强度，GJB 8700-2015规定了红外辐射测量方法，该方法需要高精度高温黑体，采用红外光谱仪进行测试，较为适合测量高温目标的绝对辐射强度，但测试复杂，对设备和环境要求较高，对于材料和部件研制过程评价成本高，周期长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于能量对比法的高温隐身部件红外隐身性能快速评价方法，从而克服背景技术中提到的不足与缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于能量对比法的高温隐身部件红外隐身性能快速评价方法，包括以下步骤：
（1）试验件准备：分别准备高温隐身试验件和金属对比试验件，两种试验件外形尺寸相同，两种试验件分别粘接测温热电偶；
（2）试验件安装：将高温隐身试验件和金属对比试验件放入高温炉中，两种试验件外缘距离炉口不大于5cm；将氧化铝陶瓷纤维布固定于高温炉口，且根据试验件大小切割出测试窗口，要求高温隐身试验件和金属对比试验件露出区域轮廓相同；
（3）测试系统调试：将热像仪固定好，镜头正对炉口，要求镜头距离炉口距离不小于1.5m；将测温热电偶连接线安装于测温表上；
（4）试验件预热：将高温炉升温至预热温度，打开炉门，调试热像仪焦距，使试验件热成像清晰；
（5）试验件加热与测试：高温炉升温使试验件加热，当试验件到达测试温度且温度稳定后，打开炉门，完成热图拍摄；
（6）红外辐射温度测量：采用热像仪软件测量高温隐身试验件和金属对比试验件红外辐射温度；
（7）红外隐身效果计算：根据公式
Figure DEST_PATH_IMAGE002
计算高温隐身试验件相对金属对比试验件红外辐射特性减缩效果，所述公式
Figure 446889DEST_PATH_IMAGE002
如下：
S=(1-(T r,隐身/T r,金属)4)×100%
式中，S为高温隐身试验件相对金属对比试验件红外辐射减缩百分比数据，T r,隐身为高温隐身试验件红外辐射温度，T r,金属为金属对比试验件红外辐射温度，温度均以绝对温度表示（单位，K）；
（8）测试误差分析：根据公式
Figure DEST_PATH_IMAGE004
计算测试误差最大值，所述公式
Figure 214337DEST_PATH_IMAGE004
如下：
△S=[((T r,隐身+△T )/T r,金属)4-(T r,隐身/T r,金属)4]×100%
式中，△T为高温隐身试验件和金属对比试验件测温热电偶温差。
优选的，上述高温隐身部件红外隐身性能快速评价方法中，所述高温隐身试验件为高温金属试验件表面涂覆高温隐身涂层或者高温隐身复合材料试验件；所述金属对比试验件为钛合金、不锈钢或者高温合金试验件，所述金属对比试验件在使用前经过了在空气中不低于实际使用温度、时间不低于2h的热处理。
优选的，上述高温隐身部件红外隐身性能快速评价方法中，所述氧化铝陶瓷纤维布中氧化铝纤维的氧化铝质量含量不低于70%，氧化铝纤维布厚度不大于0.5mm，氧化铝纤维布实现了除试验件测试窗口区域以外所有区域的遮挡，且氧化铝纤维布测试窗口轮廓比试验件轮廓小1cm以上。氧化铝陶瓷纤维布中氧化铝含量决定了耐温性，氧化铝含量过低，纤维布的使用温度低，无法实现高温环境的测量；氧化铝陶瓷纤维布厚度过大会导致热阻，影响对试验件的加热，金属件与隐身件的温度差异过大，且炉温与试验件温度差异过大。
优选的，上述高温隐身部件红外隐身性能快速评价方法中，所述预热温度比测试温度低200~300℃。
优选的，上述高温隐身部件红外隐身性能快速评价方法中，所述步骤（5）中，热图拍摄在5s内完成操作。
优选的，上述高温隐身部件红外隐身性能快速评价方法中，所述步骤（5）中，当试验件到达测试温度且温度稳定后，要求10min以内试验件热电偶测量温度波动不大于2℃，且高温隐身试验件和金属对比试验件热电偶测量温差不大于10℃。
优选的，上述高温隐身部件红外隐身性能快速评价方法中，所述红外辐射温度测量采用测试窗口区域红外辐射温度均值。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提出的基于能量对比法的高温隐身部件红外隐身性能的快速评价方法，通过测试高温隐身部件与对比件的红外辐射温度，得到高温隐身部件红外辐射特性减缩效果，可用于高温隐身部件的高温红外隐身性能评价，具有测试快捷、结果直观等优点，该方法仅需要红外热像仪、高温加热设备即可完成测量，设备简单、成本低，特别适合材料和部件研制过程使用。
附图说明
图1是本发明实施例1中的红外隐身性能测试系统示意图：（a）侧视图；（b）正视图。
图2是本发明实施例1中的试验件现场安装照片。
图3是本发明实施例1中的红外隐身性能测试系统实物照片。
图4是本发明实施例1中的炉温与试验件温度曲线。
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详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
一种基于能量对比法的高温隐身部件红外隐身性能评价方法，包括以下步骤：
（1）试验件准备：分别准备表面涂覆高温雷达/红外兼容隐身涂层的高温隐身试验件（GH3128基材）和GH3128金属对比试验件，两种试验件外形尺寸相同，GH3128金属对比试验件进行了空气中950℃、2h的热处理；两种试验件在相同位置上采用高温陶瓷胶粘接测温热电偶（见图1）；试验件为球头锥体，锥体底端直径为230mm，锥体高度为260mm；
（2）试验件安装：将试验件放入高温炉中，试验件外缘距离炉口3cm；将氧化铝陶瓷纤维布固定于高温炉口，且根据试验件大小切割出测试窗口，要求高温隐身试验件和金属对比试验件露出区域轮廓相同如图2所示；氧化铝陶瓷纤维布中氧化铝纤维的氧化铝质量含量为72%，氧化铝纤维布厚度为0.35mm，氧化铝纤维布测试窗口轮廓比试验件轮廓小5cm；
（3）测试系统调试：如图3所示，将热像仪采用三脚架固定好，且镜头正对炉口，镜头距离炉口距离为2.5m，将测温热电偶接线安装于测温表上；
（4）试验件预热：将高温炉升温至预热温度（700℃），确认加热系统和测温系统正常工作，打开炉门，调试热像仪焦距，使试验件热成像清晰；
（5）试验件加热与测试：高温炉升温使试验件加热，当试验件到达测试温度（950℃）且温度稳定后，炉温与试验温度曲线如图4所示，温度稳定后高温隐身试验件的真实温度为950℃，金属对比试验件真实温度为957℃，10min以内波动不大于1℃，打开炉门，在5s内完成热图拍摄；
（6）红外辐射温度测量：采用软件测量高温隐身试验件和金属对比试验件红外辐射温度，红外辐射温度测量采用测试窗口区域红外辐射温度均值；
（7）红外隐身效果计算：根据公式
Figure 950080DEST_PATH_IMAGE002
计算高温隐身试验件相对金属对比试验件红外辐射特性减缩效果，所述公式
Figure 303701DEST_PATH_IMAGE002
如下：
S=(1-(T r,隐身/T r,金属)4)×100%
式中，S为高温隐身试验件相对金属对比试验件红外辐射减缩百分比数据，T r,隐身为高温隐身试验件红外辐射温度，T r,金属为金属对比试验件红外辐射温度，温度均以绝对温度表示（单位，K）；
（8）测试误差分析：根据公式
Figure 242838DEST_PATH_IMAGE004
计算测试误差最大值，所述公式
Figure 864575DEST_PATH_IMAGE004
如下：
△S=[((T r,隐身+△T )/T r,金属)4-(T r,隐身/T r,金属)4]×100%
式中，△T为高温隐身试验件和金属对比试验件测温热电偶温差。
本实施例测试得到金属对比试验件的红外辐射温度为919.93℃，高温隐身试验件红外辐射温度为640.75℃，高温隐身试验件相对金属对比试验件红外辐射特性下降65.6%。金属对比试验件的真实温度相对高温隐身试验件高7℃，计算得到辐射特性测量误差为1.1%，测试结果可靠。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种基于能量对比法的高温隐身部件红外隐身性能快速评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）试验件准备：分别准备高温隐身试验件和金属对比试验件，两种试验件外形尺寸相同，所述高温隐身试验件为高温金属试验件表面涂覆高温隐身涂层，其基材与金属对比试验件材质相同；两种试验件分别粘接测温热电偶；
（2）试验件安装：将高温隐身试验件和金属对比试验件放入高温炉中，两种试验件外缘距离炉口不大于5cm；将氧化铝陶瓷纤维布固定于高温炉口，且根据试验件大小切割出测试窗口，要求高温隐身试验件和金属对比试验件露出区域轮廓相同；
（3）测试系统调试：将热像仪固定好，镜头正对炉口，要求镜头距离炉口距离不小于1.5m；将测温热电偶连接线安装于测温表上；
（4）试验件预热：将高温炉升温至预热温度，打开炉门，调试热像仪焦距，使试验件热成像清晰；
（5）试验件加热与测试：高温炉升温使试验件加热，当试验件到达测试温度且温度稳定后，打开炉门，完成热图拍摄；
（6）红外辐射温度测量：采用热像仪软件测量高温隐身试验件和金属对比试验件红外辐射温度；
（7）红外隐身效果计算：根据公式Ⅰ计算高温隐身试验件相对金属对比试验件红外辐射特性减缩效果，所述公式Ⅰ如下：
S=(1-(T r,隐身/T r,金属)4)×100%
式中，S为高温隐身试验件相对金属对比试验件红外辐射减缩百分比数据，T r,隐身为高温隐身试验件红外辐射温度，T r,金属为金属对比试验件红外辐射温度，温度均以绝对温度表示单位，K；
（8）测试误差分析：根据公式Ⅱ计算测试误差最大值，所述公式Ⅱ如下：
△S=[((T r,隐身+△T )/T r,金属)4-(T r,隐身/T r,金属)4]×100%
式中，△T为高温隐身试验件和金属对比试验件测温热电偶温差。
2.根据权利要求1所述的高温隐身部件红外隐身性能快速评价方法，其特征在于，所述金属对比试验件在使用前经过了在空气中不低于实际使用温度、时间不低于2h的热处理。
3.根据权利要求1所述的高温隐身部件红外隐身性能快速评价方法，其特征在于，所述氧化铝陶瓷纤维布中氧化铝纤维的氧化铝质量含量不低于70%，氧化铝纤维布厚度不大于0.5mm，且氧化铝纤维布测试窗口轮廓比试验件轮廓小1cm以上。
4.根据权利要求1所述的高温隐身部件红外隐身性能快速评价方法，其特征在于，所述预热温度比测试温度低200~300℃。
5.根据权利要求1所述的红外隐身性能快速评价方法，其特征在于，所述步骤（5）中，热图拍摄在5s内完成操作。
6.根据权利要求1所述的红外隐身性能快速评价方法，其特征在于，所述步骤（5）中，当试验件到达测试温度且温度稳定后，要求10min以内试验件热电偶测量温度波动不大于2℃，且高温隐身试验件和金属对比试验件热电偶测量温差不大于10℃。
7.根据权利要求1所述的高温隐身部件红外隐身性能快速评价方法，其特征在于，所述红外辐射温度测量采用测试窗口区域红外辐射温度均值。
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