CN113591361A - 一种航空烘箱控制传感器定位方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种航空烘箱控制传感器定位方法、装置、设备及介质，方法包括以下步骤：提取烘箱的几何特征，根据几何特征构建烘箱的三维几何模型；将三维几何模型导入仿真软件，并输入烘箱的材料参数，对烘箱的三维几何模型进行网格划分；对网格划分后的烘箱的热量交换方式进行简化，确定热气流的参数；以热气流的参数作为边界条件，并输入到仿真软件中；按生产实际情况输入预设的升温条件；其中，升温条件为先升温后保温；获取升温条件中保温状态时烘箱的温度场分布模型；根据温度场分布模型，确定处于整体温度场中值区域的位置点，本申请具有可准确高效地确定控制传感器在烘箱中安装位置的优点。
Description
技术领域
本申请涉及烘箱温度测试技术领域，尤其涉及一种航空烘箱控制传感器定位方法、装置、设备及介质。
背景技术
烘箱是航空材料制造热加工工艺过程中的重要设备，在消除材料氢脆、涂层固化改善、产品热老化试验、复合材料固化成型等工序中起到非常重要的作用。温度均匀性是衡量烘箱温度性能的重要指标，国内外有许多规范：例如AMS2750、CPS8100对温度均匀性的测量都有明确的要求，并且温度均匀性测试的符合情况是Nadcap等三方审查中重要的考核依据之一。随着航空材料向大型整体化制造方向发展，越来越多的大型烘箱将投入于航空大型零件制造使用。在烘箱的安装调试过程中，需要特别关注温度性能。
控制传感器的位置对烘箱整体温度性能的影响很大。在工程应用中，对于未知温度分布情况的烘箱，一般根据工程经验估计温度中值位置，但采用工程经验的试错法确定控制传感器位置的方法偶然性强，准确性低，且需要多次试错，效率较低。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种航空烘箱控制传感器定位方法、装置、设备及介质，旨在解决现有在烘箱中确定控制传感器位置的方法准确性和效率都比较低的技术问题。
为实现上述目的，本申请提供一种航空烘箱控制传感器定位方法，包括以下步骤：
提取烘箱的几何特征，根据所述几何特征构建所述烘箱的三维几何模型；
将所述三维几何模型导入仿真软件，并输入所述烘箱的材料参数，根据所述材料参数对所述烘箱的三维几何模型进行网格划分；
对网格划分后的所述烘箱的热量交换方式进行简化，确定热气流的参数；
以所述热气流的参数作为边界条件，并输入到仿真软件中；
按生产实际情况输入预设的升温条件；其中，所述升温条件为先升温后保温；
获取所述升温条件中保温状态时烘箱的温度场分布模型；
根据所述温度场分布模型，确定处于整体温度场中值区域的位置点。
可选地，所述根据所述温度场分布模型，确定处于整体温度场中值区域的位置点的步骤之后，还包括以下步骤：
排除所述烘箱内影响零件摆放的区域，以所述烘箱内的上部区域作为安装控制传感器的区域；
采集所述烘箱内的温度测量数据；
根据所述温度测量数据判断所述烘箱内部温度的分布情况，并根据所述分布情况对所述控制传感器的安装区域进行微调，确定所述烘箱中控制传感器的安装位置。
可选地，所述采集所述烘箱内的温度测量数据的步骤，具体包括：
在所述烘箱内布置多个用于检测温度均匀性的测试传感器；
按生产实际情况将所述烘箱升温至设定温度点，直到所述烘箱内部所有的所述测试传感器达到设定值并保持稳定；
通过多个所述测试传感器采集所述烘箱内的温度测量数据。
可选地，所述测试传感器采集数据的持续时间至少为30分钟，数据采集间隔不超过2分钟。
可选地，所述几何特征包括所述烘箱的内外壁尺寸、所述烘箱的厚度、所述烘箱内风扇的位置、所述烘箱内风扇的尺寸、所述烘箱内风扇的数量和所述烘箱内风扇的风道尺寸。
可选地，所述热气流的参数包括流体速度、流体入口、流体出口和初始温度。
可选地，所述对所述烘箱的三维几何模型进行网格划分的步骤，包括：
对所述烘箱的三维几何模型进行笛卡尔自适应网格划分。
一种航空烘箱控制传感器定位装置，包括：
模型构建模块，用于提取烘箱的几何特征，根据所述几何特征构建所述烘箱的三维几何模型；
网格划分模块，用于将所述三维几何模型导入仿真软件，并输入所述烘箱的材料参数，根据所述材料参数对所述烘箱的三维几何模型进行网格划分；
参数确定模块，用于对网格划分后的所述烘箱的热量交换方式进行简化，确定热气流的参数；
边界条件输入模块，用于以所述热气流的参数作为边界条件，并输入到仿真软件中；
升温条件输入模块，用于按生产实际情况输入预设的升温条件；其中，所述升温条件为先升温后保温；
温度场分布模型获取模块，用于获取所述升温条件中保温状态时烘箱的温度场分布模型；
位置确定模块，用于根据所述温度场分布模型，确定处于整体温度场中值区域的位置点。
一种计算机设备，该计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，实现上述的方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，处理器执行所述计算机程序，实现上述的方法。
本申请所能实现的有益效果如下：
本申请通过烘箱的几何特征来构建三维几何模型，保证了模型的真实性和可靠性，根据三维几何模型进行网格划分可保证计算精度和计算效率，然后通过仿真模拟烘箱内部温度场分布情况，通过获取的温度场分布模型即可准确直观地得到温度场分布中值区域的位置点，根据该位置点即可确定控制传感器在烘箱中的安装位置，依据该温度场分布模型，可合理布置控制传感器的位置提供科学依据，可以有效保证控制传感器位置的合理性，从而避免了传统方法只能依靠工程经验在烘箱内部多次试错确定控制传感器的位置导致效率低、准确性低的问题，控制传感器的位置确定更为准确、科学，提高了安装控制传感器的调测过程的效率，并有效降低了能源损耗与时间成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本申请的实施例中烘箱的三维几何模型示意图；
图2为本申请的实施例对烘箱的三维几何模型进行网格划分的示意图；
图3为本申请的实施例中预设的升温条件对应的曲线图；
图4为本申请的实施例中的温度场分布模型示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
实施例1
参照图1-图4，本实施例提供一种航空烘箱控制传感器定位方法，包括以下步骤：
提取烘箱的几何特征，根据所述几何特征构建所述烘箱的三维几何模型；
将所述三维几何模型导入仿真软件，并输入所述烘箱的材料参数，根据所述材料参数对所述烘箱的三维几何模型进行网格划分；
对网格划分后的所述烘箱的热量交换方式进行简化，确定热气流的参数；
以所述热气流的参数作为边界条件，并输入到仿真软件中；
按生产实际情况输入预设的升温条件；其中，所述升温条件为先升温后保温；
获取所述升温条件中保温状态时烘箱的温度场分布模型；
根据所述温度场分布模型，确定处于整体温度场中值区域的位置点。
现有技术中，根据工程经验估计烘箱内的温度中值位置时，一般先将控制热电偶布置于此点，再结合设备调测过程中的温度均匀性分布结果，对控制传感器位置进行修正。在有些复杂情况下，例如烘箱加热系统、空气循环系统设计不合理时，需通过优化控制传感器位置和控制参数来弥补设计的先天不足，否则容易造成温度过冲、整体温度分布偏移、歪斜等情况，因此在此种情况下，采用工程经验的试错法确定控制传感器位置的方法偶然性强且效率较低，不具备适用性。
因此，在本实施例中，通过烘箱的几何特征来构建三维几何模型，因此这里是对烘箱进行物理结构简化（可简化成双层薄壁结构），从而获得处理后的三维几何模型，保证了模型的真实性和可靠性，根据三维几何模型进行网格划分可保证计算精度和计算效率，然后对烘箱的热量交换方式进行简化（即这里仅通过确定热气流的入口和/或出口即可），从而快速确定热气流的参数，将参数输入到仿真软件中，然后通过仿真模拟烘箱内部温度场分布情况，获取的温度场分布模型可直观反映出烘箱内各区域各点的温度值，可形成烘箱内温度区域分布整体效果模型图，通过获取的温度场分布模型即可准确直观地得到温度场分布中值区域的位置点，根据该位置点即可确定控制传感器在烘箱中的安装位置，依据该温度场分布模型，可合理布置控制传感器的位置提供科学依据，可以有效保证控制传感器位置的合理性，从而避免了传统方法只能依靠工程经验在烘箱内部多次试错确定控制传感器的位置导致效率低、准确性低的问题，控制传感器的位置确定更为准确、科学，提高了安装控制传感器的调测过程的效率，并有效降低了能源损耗与时间成本。
需要说明的是，获取所述升温模式中保温状态时烘箱的温度场分布模型的步骤中，应获得刚进入保温状态不久时的温度场分布模型，保证数据准确性。
需要说明的是，本实施例中所述的仿真软件采用现有的常用软件即可，例如simulink、adams、ansys等。
作为一种可选的实施方式，所述根据所述温度场分布模型，确定处于整体温度场中值区域的位置点的步骤之后，还包括以下步骤：
排除所述烘箱内影响零件摆放的区域，以所述烘箱内的上部区域作为安装控制传感器的区域；
采集所述烘箱内的温度测量数据；
根据所述温度测量数据判断所述烘箱内部温度的分布情况，并根据所述分布情况对所述控制传感器的安装区域进行微调，确定所述烘箱中控制传感器的安装位置。
在本实施例中，通过温度场分布模型找出处于整体温度场中值区域的位置点，可基本确定控制传感器在烘箱中的安装位置，在此基础上，还进行进一步优化，即先排除烘箱内影响零件摆放的区域，首先可以排除掉烘箱中部区域，而左右两侧由于靠近炉壁且容易被零件摆放的位置而影响，易受到移动影响，因此选择在烘箱内的上部区域安装控制传感器为佳，然后通过测试传感器采集烘箱内的温度测量数据，判断出温度的分布情况，并根据所述分布情况进行微调，从而进一步准确地确定控制传感器在烘箱中的安装位置。
作为一种可选的实施方式，所述采集所述烘箱内的温度测量数据的步骤，具体包括：
在所述烘箱内布置多个用于检测温度均匀性的测试传感器；
按生产实际情况将所述烘箱升温至设定温度点，直到所述烘箱内部所有的所述测试传感器达到设定值并保持稳定；
通过多个所述测试传感器采集所述烘箱内的温度测量数据。
在本实施例中，通过多个测试传感器在烘箱内不同位置进行布置，检测温度均匀性时更加可靠，并保证升温温度能达到所有测试传感器达到设定值，最后采集的温度测量数据更加符合生产实际情况。
作为一种可选的实施方式，所述测试传感器采集数据的持续时间至少为30分钟，数据采集间隔不超过2分钟，保证数据采集的充分性和均匀性，从而提高采集的数据的科学性和有效性。
作为一种可选的实施方式，所述几何特征包括所述烘箱的内外壁尺寸、所述烘箱的厚度、所述烘箱内风扇的位置、所述烘箱内风扇的尺寸、所述烘箱内风扇的数量和所述烘箱内风扇的风道尺寸，这些几何特征比较有代表性，依据这些几何特征建立的三维几何模型比较准确且简洁，可省去其他不必要的零部件。
作为一种可选的实施方式，所述热气流的参数包括流体速度、流体入口、流体出口和初始温度，这些参数因子对温度场分布影响较大，因此以这些参数作为边界条件并输入到仿真软件中，比较有代表性。
作为一种可选的实施方式，所述对所述烘箱的三维几何模型进行网格划分的步骤，包括：
对所述烘箱的三维几何模型进行笛卡尔自适应网格划分。
在计算流体动力学中，按照一定规律分布于流场中的离散点的集合叫网格，分布这些网格节点的过程叫网格生成，而笛卡尔网格是CFD计算中最早使用，也是最易生成的一种网格，它不同于传统的贴体网格，笛卡尔网格中的单元基本按照笛卡尔坐标方向（X，Y，Z）排列，流场可以采用有限体积法进行模拟计算，在与模型表面相交的单元处需要给出特殊的处理，对烘箱的三维几何模型按照笛卡尔自适应网格进行划分，可有效保证计算精度和计算效率。
实施例2
参照图1-图4，本实施例基于实施例1提供一种航空烘箱控制传感器定位装置，包括：
模型构建模块，用于提取烘箱的几何特征，根据所述几何特征构建所述烘箱的三维几何模型；
网格划分模块，用于将所述三维几何模型导入仿真软件，并输入所述烘箱的材料参数，根据所述材料参数对所述烘箱的三维几何模型进行网格划分；
参数确定模块，用于对网格划分后的所述烘箱的热量交换方式进行简化，确定热气流的参数；
边界条件输入模块，用于以所述热气流的参数作为边界条件，并输入到仿真软件中；
升温条件输入模块，用于按生产实际情况输入预设的升温条件；其中，所述升温条件为先升温后保温；
温度场分布模型获取模块，用于获取所述升温条件中保温状态时烘箱的温度场分布模型；
位置确定模块，用于根据所述温度场分布模型，确定处于整体温度场中值区域的位置点。
在本实施例中，通过模型构建模块先构建烘箱的三维几何模型，根据三维几何模型进行网格划分可保证计算精度和计算效率，然后对烘箱的热量交换方式进行简化，从而快速确定热气流的参数，将参数输入到仿真软件中，然后通过仿真模拟烘箱内部温度场分布情况，通过获取的温度场分布模型即可准确直观地得到温度场分布中值区域的位置点，根据该位置点即可确定控制传感器在烘箱中的安装位置，依据该温度场分布模型，可合理布置控制传感器的位置提供科学依据，可以有效保证控制传感器位置的合理性。
实施例3
本实施例基于实施例1提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，实现实施例1所述的方法。
实施例4
本实施例基于实施例1提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，处理器执行所述计算机程序，实现实施例1所述的方法。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种航空烘箱控制传感器定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
提取烘箱的几何特征，根据所述几何特征构建所述烘箱的三维几何模型；
将所述三维几何模型导入仿真软件，并输入所述烘箱的材料参数，根据所述材料参数对所述烘箱的三维几何模型进行网格划分；
对网格划分后的所述烘箱的热量交换方式进行简化，确定热气流的参数；
以所述热气流的参数作为边界条件，并输入到仿真软件中；
按生产实际情况输入预设的升温条件；其中，所述升温条件为先升温后保温；
获取所述升温条件中保温状态时烘箱的温度场分布模型；
根据所述温度场分布模型，确定处于整体温度场中值区域的位置点。
2.如权利要求1所述的一种航空烘箱控制传感器定位方法，其特征在于，所述根据所述温度场分布模型，确定处于整体温度场中值区域的位置点的步骤之后，还包括以下步骤：
排除所述烘箱内影响零件摆放的区域，以所述烘箱内的上部区域作为安装控制传感器的区域；
采集所述烘箱内的温度测量数据；
根据所述温度测量数据判断所述烘箱内部温度的分布情况，并根据所述分布情况对所述控制传感器的安装区域进行微调，确定所述烘箱中控制传感器的安装位置。
3.如权利要求2所述的一种航空烘箱控制传感器定位方法，其特征在于，所述采集所述烘箱内的温度测量数据的步骤，具体包括：
在所述烘箱内布置多个用于检测温度均匀性的测试传感器；
按生产实际情况将所述烘箱升温至设定温度点，直到所述烘箱内部所有的所述测试传感器达到设定值并保持稳定；
通过多个所述测试传感器采集所述烘箱内的温度测量数据。
4.如权利要求3所述的一种航空烘箱控制传感器定位方法，其特征在于，所述测试传感器采集数据的持续时间至少为30分钟，数据采集间隔不超过2分钟。
5.如权利要求1所述的一种航空烘箱控制传感器定位方法，其特征在于，所述几何特征包括所述烘箱的内外壁尺寸、所述烘箱的厚度、所述烘箱内风扇的位置、所述烘箱内风扇的尺寸、所述烘箱内风扇的数量和所述烘箱内风扇的风道尺寸。
6.如权利要求1所述的一种航空烘箱控制传感器定位方法，其特征在于，所述热气流的参数包括流体速度、流体入口、流体出口和初始温度。
7.如权利要求1所述的一种航空烘箱控制传感器定位方法，其特征在于，所述对所述烘箱的三维几何模型进行网格划分的步骤，包括：
对所述烘箱的三维几何模型进行笛卡尔自适应网格划分。
8.一种航空烘箱控制传感器定位装置，其特征在于，包括：
模型构建模块，用于提取烘箱的几何特征，根据所述几何特征构建所述烘箱的三维几何模型；
网格划分模块，用于将所述三维几何模型导入仿真软件，并输入所述烘箱的材料参数，根据所述材料参数对所述烘箱的三维几何模型进行网格划分；
参数确定模块，用于对网格划分后的所述烘箱的热量交换方式进行简化，确定热气流的参数；
边界条件输入模块，用于以所述热气流的参数作为边界条件，并输入到仿真软件中；
升温条件输入模块，用于按生产实际情况输入预设的升温条件；其中，所述升温条件为先升温后保温；
温度场分布模型获取模块，用于获取所述升温条件中保温状态时烘箱的温度场分布模型；
位置确定模块，用于根据所述温度场分布模型，确定处于整体温度场中值区域的位置点。
9.一种计算机设备，其特征在于，该计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，处理器执行所述计算机程序，实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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Publications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211102 |
|
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