CN113804381B - 一种低氧、高温和振动综合环境试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低氧、高温和振动综合环境试验系统，包括密封的试验舱和振动台；振动台顶部具有的振动台动圈，通过一个过渡头与扩展台相连接；扩展台的顶部，设置有水平分布的隔热板；隔热板的顶部设置有试验对象；试验对象正上方设置有辐射加热器；辐射加热器，用于对试验对象进行高温加热；扩展台、试验对象和辐射加热器位于试验舱内腔；试验舱内壁上设置有氧气浓度传感器和第一温度传感器；试验舱舱体上设置有氮气接口和压缩空气接口；氮气接口与氮气源的气体出口相连通；压缩空气接口与压缩气源相连通。本发明能够在复合环境试验过程中，为试验对象提供所需的低氧、高温和振动环境，从而有利于实现在低氧环境下高温和振动综合试验功能。

Description

一种低氧、高温和振动综合环境试验系统

技术领域

本发明涉及复合环境试验技术领域，特别是涉及一种低氧、高温和振动综合环境试验系统，用于在复合环境试验过程中，为试验对象提供所需的低氧、高温和振动试验环境。

背景技术

近年来，随着新一代飞行器的发展，飞行器结构在高空低氧环境飞行阶段，将面临受到振动、冲击、高温等复合环境综合作用的影响，严重时，可能造成结构破坏、变形或飞行器性能降低，使飞行失败。

为了获得飞行器结构的热防护及动特性，需对飞行器结构开展低氧环境（即氧气浓度小于2%的环境）下的综合环境试验验证。

然而，对于目前的试验系统，其对飞行器结构等试验对象所能够模拟的试验温度最高仅为200℃，并不能满足对作为试验对象的飞行器结构进行500℃~1200℃的高温气动热模拟试验需求，而且试验环境多为自然环境，无法提供高空低氧环境。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种低氧、高温和振动综合环境试验系统。

为此，本发明提供了一种低氧、高温和振动综合环境试验系统，包括中空密封的试验舱和水平分布的振动台；

振动台顶部具有的振动台动圈，通过一个过渡头与扩展台相连接；

扩展台的顶部，设置有水平分布的隔热板；

隔热板的顶部，设置有试验对象；

试验对象的正上方，设置有辐射加热器；

辐射加热器，用于对试验对象所在环境进行高温加热；

扩展台、试验对象和辐射加热器，位于试验舱的内腔中；

振动台，作为振动激励装置，用于为试验对象的振动特性试验提供激振力；

对于辐射加热器，其包括汇流条、石英灯、电极和加热器反射板；

汇流条，与多个石英灯相导电连接，用于将石英灯进行并联连接；

汇流条的左右两端，分别与一个垂直分布的电极的下端相导电连接；

每个电极的上端，分别穿过一个绝缘陶瓷环，插接在水平分布的加热器反射板的左右两端；

两个电极的顶端露出于加热器反射板的顶面，并且通过供电电缆与外部供电设备相连接；

对于试验舱，其左右两侧内壁上设置有氧气浓度传感器和第一温度传感器；

氧气浓度传感器，用于测量试验舱内的氧气浓度；

第一温度传感器，用于测量试验舱内环境的温度；

试验对象的表面设置有第三温度传感器；

第三温度传感器，用于测量试验对象的表面温度；

试验舱的前侧舱壁上部横向中间位置，设置有排气接口；

排气接口，与排气风机的进气口相连通；

排气风机的出气口，与一根设置有排气风阀的排气管道相连通；

排气风机，用于将试验舱内的气体向外排出；

试验舱的前侧舱壁中部横向中间位置，设置有一个透明的观察窗；

试验舱的前侧舱壁下部，间隔设置有冷却水接口、氮气接口、液氮接口、动力电接口以及压缩空气接口；

冷却水接口的内侧端，通过中空的连接管道，与中空的加热器反射板的内腔相连通；

冷却水接口的外侧端，通过一根设置有第二压力传感器和第一减压阀的连接管道，与一个分水器的出水口相连接；

分水器的进水口，与外部冷却水水源相连通；

分水器，用于输送冷却水给加热器反射板，对加热器反射板进行降温处理；

氮气接口，通过一根设置有舱内压力调压阀、氮气管路压力传感器和第一压力调节阀的氮气管路，与氮气源相连通；

氮气源，用于向试验舱内部输送氮气，从而将试验舱内部的空气进行置换；

液氮接口，通过一根设置有第二温度传感器和低温调节阀的液氮管道，与液氮罐相连通；

液氮罐，用于通过向试验舱的内腔输送低温的液氮，对试验舱内部环境进行降温；

压缩空气接口，通过一根设置有第三压力传感器和第二压力调节阀的连接管道，与压缩气源相连通。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种低氧、高温和振动综合环境试验系统，其结构设计科学，采用封闭的试验舱作为试验空间，利用氮气作为空气置换气源，将试验舱内的空气置换为氮气，通过调节氮气与空气比例，实现试验舱内试验环境的氧浓度可调，达到低氧环境的目的，同时，采用热辐射加热方式，在试验舱内对试验对象进行加热，以及将振动系统安装在试验舱底部，对试验对象开展振动载荷施加，从而在复合环境试验过程中，为试验对象提供所需的低氧、高温和振动环境，最终实现在低氧环境下高温和振动综合试验功能，具有重大的实践意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种低氧、高温和振动综合环境试验系统的整体结构示意图；

图2为本发明提供的一种低氧、高温和振动综合环境试验系统的俯视图；

图3为本发明提供的一种低氧、高温和振动综合环境试验系统中，试验舱上各个接口的连接结构示意图；

图4为本发明提供的一种低氧、高温和振动综合环境试验系统，进行低氧高温振动环境的模拟流程示意图；

图中，1、气浮垫；2、振动台；3、振动台动圈；4、过渡头；5、扩展台；

6、试验对象；7、蜗杆；8、氧气浓度传感器；9、第一温度传感器；

101、第一直角齿轮箱；102、第二直角齿轮箱；103、第三直角齿轮箱；

11、伺服电机；12、试验舱；

12a、排气接口；12b、观察窗；12c、冷却水接口；12d、氮气接口；12e、液氮接口；12f、动力电接口；12g、压缩空气接口；

13、第一压力传感器；14、电极；15、绝缘陶瓷环；

16、汇流条；160、石英灯；17、隔热板；18、隔热膜；19、气浮导轨；

20a、排气风机；20b、排气风阀；21a、第二压力传感器；21b、第一减压阀；21c、分水器；

22a、舱内压力调压阀；22b、氮气管路压力传感器；22c、第一压力调节阀；22d、氮气源；

23a、第二温度传感器；23b、低温调节阀；23c、液氮罐；

24、动力柜；25a、第三压力传感器；25b、第二压力调节阀；25c、压缩气源；

26a、第一蜗轮箱；26b、第二蜗轮箱；26c、第三蜗轮箱；26d、第四蜗轮箱；

27a、第一传动杆；27b、第二传动杆；

34、主传动轴；35、辅助传动轴。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1至图3，本发明提供了一种低氧、高温和振动综合环境试验系统，包括中空密封的试验舱12和水平分布的振动台2；

振动台2顶部具有的振动台动圈3，通过一个过渡头4与扩展台5相连接，例如：振动台动圈3通过螺栓连接过渡头4，过渡头4通过螺栓连接扩展台5；

扩展台5的顶部，设置有水平分布的隔热板17；

隔热板17的顶部，设置有试验对象6（通过螺栓连接或者卡接等各种固定方式）；

试验对象6的正上方，设置有辐射加热器；

辐射加热器，用于对试验对象6进行高温加热；

扩展台5、试验对象6和辐射加热器，位于试验舱12的内腔中；

振动台2，作为振动激励装置，用于为试验对象6的振动特性试验提供激振力；

对于辐射加热器，其包括汇流条16、石英灯160、电极14和加热器反射板30；

汇流条16，与多个石英灯160相导电连接，用于将石英灯160进行并联连接；

汇流条16的左右两端（作为输入输出端），分别与一个垂直分布的电极14的下端相导电连接（具体是螺纹连接）；

每个电极14的上端，分别穿过一个绝缘陶瓷环15，插接在水平分布的加热器反射板30的左右两端；

两个电极14的顶端露出于加热器反射板30的顶面，并且通过供电电缆与外部供电设备（例如动力柜24中的供电电源，该供电电源是现有的可调节输出电压和输出电流大小的可调电源，即可调节输出功率的电源）相连接；

对于试验舱12，其左右两侧内壁上设置有氧气浓度传感器8和第一温度传感器9；

氧气浓度传感器8，用于测量试验舱12内的氧气浓度；

第一温度传感器9，用于测量试验舱12内环境的温度；

试验对象6的表面设置有第三温度传感器；

第三温度传感器，用于测量试验对象6的表面温度；

需要说明的是，石英灯具有尺寸小、功率大、热效率高、使用寿命长、热惯性小、可控性好等优点，适合于对结构件表面进行加热，是气动加热模拟试验理想的加热元件。

在本发明中，汇流条16，用于将多只石英灯160进行并联连接，并可根据分区加热需要，将石英灯160进行分组。电极14采用螺接方式安装于汇流条16；外部供电设备通过强电动力电缆连接至电极14，将动力电通过电极14，经汇流条16输送至石英灯160两端，对石英灯160进行供电，将石英灯160加热。汇流条16穿过绝缘陶瓷环15后固定于加热器反射板30的安装孔，绝缘陶瓷环15起到将电极14与加热器反射板30绝缘的目的。

在本发明中，加热器反射板30安装于石英灯160的背面方向（即顶面方向），石英灯160的正面（即底面）对着被加热物体（即试验对象6），为提高石英灯160的加热效率，加热器反射板30用于将石英灯160背面的辐射光反射至被加热物体。为提高反射效果，因此加热器反射板30的底面进行镜面加工处理，是光滑的镜面。

在本发明中，电极14采用铜质材料加工而成，主要作用为通过供电电缆与外部供电设备连接，用于将动力电经汇流条16输送至石英灯160两端，给石英灯160进行供电。

电极14采用螺接方式安装至汇流条16，外部供电设备通过动力电缆与电极14连接，将动力电经电极14、汇流条16输送至石英灯。

在本发明中，具体实现上，对于试验舱12，其底部中心位置具有试验开口120；

过渡头4，位于试验开口120中；

试验开口120的四周边缘，与隔热膜18的四周外侧相密封连接（例如粘接）；

隔热膜18的内侧端套在过渡头4的四周外壁上，且与过渡头4的四周外壁密封连接（例如粘接）。

具体实现上，隔热膜18的内侧端与过渡头4的四周外壁的连接处，还套有环形的、弹性的硅橡胶压环（或者两块相连接的半圆形的硅橡胶压板），以保证隔热膜18与过渡头4的密封连接效果，防止氮气泄漏。

在本发明中，具体实现上，加热器反射板30的顶部，通过多根垂直分布的拉杆31，与试验舱12的顶部内壁相连接；

拉杆31用于将辐射加热器悬挂于试验舱12的顶部，并调节辐射加热器与试验对象6之间的距离；

具体实现上，拉杆31的外表面具有外螺纹，其是螺杆；

试验舱12的顶部在与每根拉杆31的正上方，设置有具有预设垂直方向长度的螺纹孔；

拉杆31，与试验舱12顶部的螺纹孔相螺纹连接。

需要说明的是，通过拉杆31，将辐射加热器悬吊于试验舱12顶部，通过旋转调节该拉杆31，可以控制伸入试验舱12顶部的螺纹孔长度，实现调整辐射加热器整体与试验对象6之间距离的功能。

在本发明中，具体实现上，试验舱12的整体形状，可以为圆柱形。

在本发明中，具体实现上，氧气浓度传感器8和第一温度传感器9的安装高度，大于或者等于试验对象6的安装高度。

在本发明中，具体实现上，对于试验舱12，其内侧壁上还设置有第一压力传感器13，用于测量试验舱12内的压力。

在本发明中，具体实现上，为了方便移动、调整振动台2的位置，振动台2，通过气浮导轨19设置在中空的振动台台体支撑框架200上；

振动台台体支撑框架200的上下两端开口；

气浮导轨19设置在振动台台体支撑框架200的底部；

气浮导轨19，用于实现振动台2水平方向直线移动；

气浮导轨19上，具有气浮垫1；

气浮垫1的顶部，与振动台2的底部相接。

需要说明的是，外部空压机的高压气，通过管路通入气浮导轨19中的气浮垫1，从而将振动台2脱离地面，从而可以将振动台2沿气浮导轨19移动至试验舱12的底部。

在本发明中，振动台2作为振动设备，用于为试验对象6提供振动环境。为实现振动台的自由移动，振动台2的底部安装气浮导轨19，通过气浮导轨19配套的伺服电机的拖动，可以将振动台沿气浮导轨移动至试验舱12的底部，实现自由移动。

具体实现上，振动台2为现有常规的振动设备，例如可以采用北京航天希尔测试技术有限公司生产的型号为H2565A的振动台。振动台2用于为被试产品（即试验对象6）施加振动环境。

具体实现上，具有气浮垫1的气浮导轨19，为现有常规的气浮导轨，例如可以采用北京航天希尔测试技术有限公司提供的振动台配套的型号为RS28-HD气浮导轨。气浮导轨19用于通过高压气流产生浮力，将振动台2脱离地面，降低振动台2底面与地面的摩擦力，操作人员可将振动台2移动至指定位置。

在本发明中，具体实现上，试验舱12和振动台2，设置在一个框架式的试验支架100的内侧；

试验舱12，与试验支架100的顶部相连接。

具体实现上，为了能够调节试验舱12的高度，升降试验舱12，使得汇流条16和石英灯160与试验对象6调整至预设的间隔距离，试验舱12通过一个高度调节机构与试验支架100的顶部相连接；

高度调节机构，包括伺服电机11和四个蜗杆7；

伺服电机11位于试验支架100的顶部；

试验舱12的上部左右两侧的前后两端，分别设置有一个限位块32（共计四个限位块32）；

每个限位块32上设置有垂直贯通的内螺纹孔；

每个限位块32上的内螺纹孔，分别与一个蜗杆7的外螺纹相螺纹连接；

试验支架100的左侧内壁以及右侧内壁的前后两端，分别设置有一个支撑块33（共计四个支撑块33）；

四个支撑块33，分别位于四个限位块32的正下方；

每个蜗杆7的下端，分别与支撑块33相枢接（即可旋转地连接）；

具体实现上，支撑块33上安装轴承座及轴承，蜗杆7与轴承的内圈紧密配合，因此蜗杆7可实现转动。支撑块33对蜗杆7起到支撑作用。

具体实现上，参见图2，伺服电机11后侧的动力输出端，与第二直角齿轮箱102的输入端相连接；

第二直角齿轮箱102的左右两边，分别设置有第一直角齿轮箱101和第三直角齿轮箱103；

第二直角齿轮箱102左右两侧的两个输出端，分别通过一根主传动轴34与第一直角齿轮箱101右侧的输入端和第三直角齿轮箱103左侧的输入端相连接；

第一直角齿轮箱101和第三直角齿轮箱103后侧的输出端，分别通过一根辅助传动轴35，与第一蜗轮箱26a前侧的输入端（即蜗轮驱动输入端）和第三蜗轮箱26c前侧的输入端（即蜗轮驱动输入端）相连接；

第一蜗轮箱26a内的蜗轮和第三蜗轮箱26c内的蜗轮，分别与位于前方的两个蜗杆7的上端相啮合连接；

第一蜗轮箱26a后侧的输出端（即蜗轮驱动输出端）和第三蜗轮箱26c后侧的输出端（即蜗轮驱动输出端），分别通过第一传动杆27a和第二传动杆27b与第二蜗轮箱26b前侧的输入端和第四蜗轮箱26d前侧的输入端相连接；

第二蜗轮箱26b内的蜗轮和第四蜗轮箱26d内的蜗轮，分别与位于后方的两个蜗杆7的上端相啮合连接。

具体实现上，第一直角齿轮箱、第二直角齿轮箱以及第三直角齿轮箱，均设置于试验支架100的顶部，均为现有的一进两出直角齿轮箱（即一进两出齿轮换向器）。

具体实现上，第一蜗轮箱26a、第二蜗轮箱26b、第三蜗轮箱26c和第四蜗轮箱26d，均设置于试验支架100的顶部，均为现有的蜗轮蜗杆箱，例如蜗轮蜗杆减速机。

需要说明的是，伺服电机11通过主传动轴34带动三个直角齿轮箱，使得直角齿轮箱的传动方向与伺服电机11的转动方向相同，并带动四个蜗轮箱中的蜗轮转动，蜗轮箱中的蜗轮分别带动蜗杆7转动，由于限位块32与蜗杆7之间为螺纹副，通过蜗杆7的转动，即可实现试验舱12的上下移动。为保证四套蜗轮蜗杆机构的同步性，所以每两组蜗轮箱之间由一根传动杆来驱动。

在本发明中，伺服电机11的输出轴，依次通过主传动轴34、三个直角齿轮箱将动力输出至四个蜗轮箱，再由四个蜗轮箱带动蜗杆7转动，限位块32能够保证试验舱12沿蜗杆7的轴线方向进行上下移动。

在本发明中，具体实现上，参见图3，试验舱12的前侧舱壁上部横向中间位置，设置有排气接口12a；

排气接口12a，与排气风机20a的进气口相连通；

排气风机20a的出气口，与一根设置有排气风阀20b的排气管道相连通；

排气风机20a，用于将试验舱12内的气体向外排出；

试验舱12的前侧舱壁中部横向中间位置，设置有一个透明的观察窗12b；

试验舱12的前侧舱壁下部，间隔设置有冷却水接口12c、氮气接口12d、液氮接口12e、动力电接口12f以及压缩空气接口12g；

冷却水接口12c的内侧端，通过中空的连接管道，与中空的加热器反射板30的内腔相连通；

冷却水接口12c的外侧端，通过一根设置有第二压力传感器21a和第一减压阀21b的连接管道，与一个分水器21c的出水口相连接；

分水器21c的进水口，与外部冷却水水源（例如经过净化的自来水）相连通；

分水器21c，用于输送冷却水给加热器反射板30，对加热器反射板30进行降温处理。

需要说明的是，在本发明中，加热器反射板30的作用是将石英灯160背面辐射热反射回至被加热的物体（即试验对象6），因此部分辐射热会被加热器反射板30吸收而升温，因此需采用通入冷却水的方式，对加热器反射板30进行降温。

在本发明中，当试验舱12内的温度过高时，为了防止超过试验舱12内的传感器（如第一温度传感器、氧气浓度传感器）的最高工作温度，需要采用液氮喷入试验舱的方式进行降温。

氮气接口12d，通过一根设置有舱内压力调压阀22a、氮气管路压力传感器22b和第一压力调节阀22c的氮气管路，与氮气源22d（例如灌入有氮气的氮气瓶）相连通；

氮气源22d，用于向试验舱12内部输送氮气，从而将试验舱12内部的空气进行置换；

液氮接口12e，通过一根设置有第二温度传感器23a和低温调节阀23b的液氮管道，与液氮罐23c相连通；

液氮罐23c，用于通过向试验舱12的内腔输送低温的液氮，对试验舱12内部环境进行降温；

压缩空气接口12g，通过一根设置有第三压力传感器25a和第二压力调节阀25b的连接管道，与压缩气源25c相连通。

在本发明中，需要说明的是，试验舱12，是产品的试验空间，留有水电气接口，对接常温氮气管路、压缩空气管路，将氮气和空气通入舱内，达到指定氧气浓度环境。水电接口与辐射加热器连接，为辐射加热器提供加热所需的电力和冷却水。

在本发明中，需要说明的是，加热器电极14通过贯穿动力电接口12f的电缆，与厂房动力柜中的供电电源相连接，从而动力电接口12f可以为电极14供电。

在本发明中，分水器21c通过冷却水接口12c将冷却水引入，通过第一减压阀21b将水压调节至需要的压力后，将冷却水通入中空的加热器反射板30中，对加热器反射板30进行降温处理。

在本发明中，第一压力调节阀22c用于调节通入试验舱12内的氮气流量；氮气源22d经第一压力调节阀22c进行压力调节后，通入试验舱12内，同时，启动排气风机20a和排气风阀20b，将试验舱12内的高温气体排出，在此过程中，通过控制舱内压力调压阀22a，可以将舱内压力维持在正压范围内。

需要说明的是，氮气源22d作为氮气供气装置，用于提供常温氮气，本发明可以通过采用液氮汽化的方式，可实现长时间常温氮气供给，并通过氮气管路通入试验舱内，将舱内环境空气进行置换，满足舱内低氧环境条件。

在本发明中，在试验舱12的舱内温度过高（例如超过预设的环境温度）时，打开低温调节阀23b，将液氮罐23c输出的液氮（即低温的液氮），通入试验舱12内进行降温。

需要说明的是，液氮管路，用于将液氮罐23c内的液氮通入试验舱12内，并通过低温的液氮管路安装的电动调节阀（即低温调节阀23b）控制通入试验舱12内的液氮流量，对试验舱12内的环境进行温度控制，防止试验舱12内的温度过高。

在本发明中，压缩气源25c（例如为空气压缩机）用于提供压缩空气，通过调节第二压力调节阀25b，控制通入试验舱12内的空气流量，实现试验舱12内氧气浓度含量的调节。

需要说明的是，空压机，可以作为压缩气源25c，用于为舱内提供压缩空气，与氮气供气装置配合，可以将试验舱12内的氧气浓度控制在高空模拟试验条件下的低氧浓度。

在本发明中，具体实现上，还包括：复合环境控制器；

复合环境控制器，分别与氧气浓度传感器8的信号输出端、第一压力调节阀22c的控制端、第二压力调节阀25b的控制端、第一温度传感器9的信号输出端、试验对象6表面设置的第三温度传感器的信号输出端以及外部供电设备（例如动力柜24中的供电电源，该供电电源是现有的可调节输出电压和输出电流大小的可调电源，即可调节输出功率的电源）的功率输出控制端相连接；

复合环境控制器，用于通过氧气浓度传感器8检测获得试验舱12内的氧气浓度，当该氧气浓度与用户预先设定的氧气浓度不一致时，通过调节第二压力调节阀25b来控制通入试验舱12内的空气流量，以及通过第一压力调节阀22c调节通入试验舱12内的氮气流量，使得试验舱12内的氧气浓度达到用户预先设定的氧气浓度；

例如，通过第二压力调节阀25b来增大通入试验舱12内的空气流量，以及通过第一压力调节阀22c减小通入试验舱12内的氮气流量，可以实现提升试验舱12内的氧气浓度。

复合环境控制器，还用于通过第一温度传感器9检测获得试验舱12内的环境温度，当试验舱12内环境温度大于试验舱12的预设传感器正常使用温度范围（如试验舱12内安装的第一温度传感器、氧气浓度传感器的正常使用温度范围）时，通过低温调节阀23b调节通入试验舱12内的液氮流量，将试验舱12内的环境温度进行降温，达到试验舱12的预设传感器正常使用温度范围；

复合环境控制器，还用于通过第三温度传感器检测获得试验对象6的表面温度，当试验对象6的表面温度不在试验对象6的预设正常温度范围时，通过调节外部供电设备（例如动力柜24中的供电电源）的功率输出，控制加热器辐射热流密度，达到温度闭环控制，使得试验对象6的表面温度位于试验对象6的预设正常温度范围。

例如，通过增大外部供电设备（例如动力柜24中的供电电源）的功率输出，可以提升试验对象6的表面温度，以及通过加大通入试验舱12内的液氮流量，可以降低试验舱12内的环境温度，保证试验舱12内安装的第一温度传感器、氧气浓度传感器等正常工作。

因此，对于本发明，通过复合环境控制器，可以进行试验舱内部氧气浓度、环境温度以及试验对象表面温度的闭环控制。

具体实现上，复合环境控制器，可以采用现有的可编程控制器PLC、中央处理器CPU、数字信号处理器DSP或者单片机MCU。

在本发明中，具体实现上，还包括：振动控制仪，与振动台2的控制端相连接，用于控制振动台2的工作状态，完成试验对象振动量级的控制。

在本发明中，具体实现上，复合环境控制器与振动控制仪之间，采用时统信号进行同步控制。

基于以上技术方案可知，对于本发明，本发明提供了一种低氧、高温和振动综合环境试验系统，该系统使用氮气和压缩空气进行混合比例控制，达到氧气浓度可调的功能，可以模拟不同海拔高度的氧气浓度环境，同时，该系统中使用辐射加热器，可在低氧环境下将试验对象加热至所需要的高温（不低于例如1000℃的高温），该系统还设置了电动振动设备，实现低氧、高温和振动复合环境试验功能。

需要说明的是，在本发明中，辐射加热器的加热对象是试验对象6，是根据试验对象6所经历的工作温度，通过热辐射的方式，将试验对象6加热至高温。同时，试验舱内的环境温度还是需要保持正常温度，所以才有液氮冷却系统在试验舱温度过高时，对试验舱内的环境温度进行降温。

为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面说明本发明的整体模拟试验流程，用于在复合环境试验过程中，为试验对象提供所需的低氧、高温和振动试验环境。参见图4，主要流程如下：

首先，提升试验舱，通过气浮导轨将振动台移动到试验舱的底部，并安装连接好；

然后，安装上试验对象以及辐射加热器；

然后，将振动台与试验舱的试验开口的连接面相密封；

然后，通过氮气源，对试验舱内的空气进行置换，使得试验舱内的氧气浓度符合预设的浓度要求；

然后，启动辐射加热器对试验对象进行加热，使得加热至预设的温度（例如加热至不低于1000℃）；在加热的同时，如果试验舱内的氧气浓度不符合预设的浓度要求，则通过向试验舱输入压缩空气，实时进行调节；

在以上试验过程中，通过第一压力传感器，可以实时监测试验舱内的压力。

通过以上本发明公开的技术方案，需要说明的是，本发明的技术方案，用于真实模拟被试产品的工作环境，至于试验对象是否符合用户的使用要求，需要通过其他的试验检测手段和方法来进行检测。

需要说明的是，对于本发明，在气体环境控制上，采用氮气置换方法，并利用试验舱内微正压自然排气方式，使用常温（例如15~25度）氮气以及压缩空气，将试验舱内的空气置换为氮气，持续维持氮气的氛围，达到高空低氧环境模拟的目的。

对于本发明，在热环境模拟上，采用辐射加热方法，通过在试验舱内安装辐射加热器，来对试验对象进行高温加热，实现高温气动热模拟，同时通过振动激振设备（即振动台）提供振动环境，实现在加热的同时进行振动载荷的施加，实现了在低氧环境下的高温振动综合试验功能，可以满足模拟不同海拔高度的低氧浓度需求。

此外，为防止试验舱内的温度过高，试验舱还专门设计了温度控制功能，通过液氮来防止试验舱内的温度过高，可保证试验舱内辐射加热器长时间正常运转。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种低氧、高温和振动综合环境试验系统，其结构设计科学，采用封闭的试验舱作为试验空间，利用氮气作为空气置换气源，将试验舱内的空气置换为氮气，通过调节氮气与空气比例，实现试验舱内试验环境的氧浓度可调，达到低氧环境的目的，同时，采用热辐射加热方式，在试验舱内对试验对象进行加热，以及将振动系统安装在试验舱底部，对试验对象开展振动载荷施加，从而在复合环境试验过程中，为试验对象提供所需的低氧、高温和振动环境，最终实现在低氧环境下高温和振动综合试验功能，具有重大的实践意义。

本发明所述的低氧、高温和振动综合环境试验系统，在不脱离本发明宗旨的前提下能做出各种变化和拓展，并不局限于军工领域的环境试验。还可应用于有同类复合环境试验需求的各类规格和外形的产品，可以起到同等效果，本发明中未作详细描述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种低氧、高温和振动综合环境试验系统，其特征在于，包括中空密封的试验舱(12)和水平分布的振动台(2)；

振动台(2)顶部具有的振动台动圈(3)，通过一个过渡头(4)与扩展台(5)相连接；

扩展台(5)的顶部，设置有水平分布的隔热板(17)；

隔热板(17)的顶部，设置有试验对象(6)；

试验对象(6)的正上方，设置有辐射加热器；

辐射加热器，用于对试验对象(6)所在环境进行高温加热；

扩展台(5)、试验对象(6)和辐射加热器，位于试验舱(12)的内腔中；

振动台(2)，作为振动激励装置，用于为试验对象(6)的振动特性试验提供激振力；

对于辐射加热器，其包括汇流条(16)、石英灯(160)、电极(14)和加热器反射板(30)；

汇流条(16)，与多个石英灯(160)相导电连接，用于将石英灯(160)进行并联连接；

汇流条(16)的左右两端，分别与一个垂直分布的电极(14)的下端相导电连接；

每个电极(14)的上端，分别穿过一个绝缘陶瓷环(15)，插接在水平分布的加热器反射板(30)的左右两端；

两个电极(14)的顶端露出于加热器反射板(30)的顶面，并且通过供电电缆与外部供电设备相连接；

对于试验舱(12)，其左右两侧内壁上设置有氧气浓度传感器(8)和第一温度传感器(9)；

氧气浓度传感器(8)，用于测量试验舱(12)内的氧气浓度；

第一温度传感器(9)，用于测量试验舱(12)内环境的温度；

试验对象(6)的表面设置有第三温度传感器；

第三温度传感器，用于测量试验对象(6)的表面温度；

试验舱(12)的前侧舱壁上部横向中间位置，设置有排气接口(12a)；

排气接口(12a)，与排气风机(20a)的进气口相连通；

排气风机(20a)的出气口，与一根设置有排气风阀(20b)的排气管道相连通；

排气风机(20a)，用于将试验舱(12)内的气体向外排出；

试验舱(12)的前侧舱壁中部横向中间位置，设置有一个透明的观察窗(12b)；

试验舱(12)的前侧舱壁下部，间隔设置有冷却水接口(12c)、氮气接口(12d)、液氮接口(12e)、动力电接口(12f)以及压缩空气接口(12g)；

冷却水接口(12c)的内侧端，通过中空的连接管道，与中空的加热器反射板(30)的内腔相连通；

冷却水接口(12c)的外侧端，通过一根设置有第二压力传感器(21a)和第一减压阀(21b)的连接管道，与一个分水器(21c)的出水口相连接；

分水器(21c)的进水口，与外部冷却水水源相连通；

分水器(21c)，用于输送冷却水给加热器反射板(30)，对加热器反射板(30)进行降温处理；

氮气接口(12d)，通过一根设置有舱内压力调压阀(22a)、氮气管路压力传感器(22b)和第一压力调节阀(22c)的氮气管路，与氮气源(22d)相连通；

氮气源(22d)，用于向试验舱(12)内部输送氮气，从而将试验舱(12)内部的空气进行置换；

液氮接口(12e)，通过一根设置有第二温度传感器(23a)和低温调节阀(23b)的液氮管道，与液氮罐(23c)相连通；

液氮罐(23c)，用于通过向试验舱(12)的内腔输送低温的液氮，对试验舱(12)内部环境进行降温；

压缩空气接口(12g)，通过一根设置有第三压力传感器(25a)和第二压力调节阀(25b)的连接管道，与压缩气源(25c)相连通；

压缩气源(25c)，用于提供压缩空气，通过调节第二压力调节阀(25b)，控制通入试验舱(12)内的空气流量，实现试验舱(12)内氧气浓度含量的调节；

振动台(2)，通过气浮导轨(19)设置在中空的振动台台体支撑框架(200)上；

振动台台体支撑框架(200)的上下两端开口；

气浮导轨(19)设置在振动台台体支撑框架(200)的底部；

气浮导轨(19)，用于实现振动台(2)水平方向直线移动；

气浮导轨(19)上，具有气浮垫(1)；

气浮垫(1)的顶部，与振动台(2)的底部相接；

试验舱(12)和振动台(2)，设置在一个框架式的试验支架(100)的内侧；

试验舱(12)，与试验支架(100)的顶部相连接；

试验舱(12)通过一个高度调节机构与试验支架(100)的顶部相连接；

高度调节机构，包括伺服电机(11)和四个蜗杆(7)；

伺服电机(11)位于试验支架(100)的顶部；

试验舱(12)的上部左右两侧的前后两端，分别设置有一个限位块(32)；

每个限位块(32)上设置有垂直贯通的内螺纹孔；

每个限位块(32)上的内螺纹孔，分别与一个蜗杆(7)的外螺纹相螺纹连接；

试验支架(100)的左侧内壁以及右侧内壁的前后两端，分别设置有一个支撑块(33)；

四个支撑块(33)，分别位于四个限位块(32)的正下方；

每个蜗杆(7)的下端，分别与支撑块(33)相枢接；

伺服电机(11)后侧的动力输出端，与第二直角齿轮箱(102)的输入端相连接；

第二直角齿轮箱(102)的左右两边，分别设置有第一直角齿轮箱(101)和第三直角齿轮箱(103)；

第二直角齿轮箱(102)左右两侧的两个输出端，分别通过一根主传动轴(34)与第一直角齿轮箱(101)右侧的输入端和第三直角齿轮箱(103)左侧的输入端相连接；

第一直角齿轮箱(101)和第三直角齿轮箱(103)后侧的输出端，分别通过一根辅助传动轴(35)，与第一蜗轮箱(26a)前侧的输入端和第三蜗轮箱(26c)前侧的输入端相连接；

第一蜗轮箱(26a)内的蜗轮和第三蜗轮箱(26c)内的蜗轮，分别与位于前方的两个蜗杆(7)的上端相啮合连接；

第一蜗轮箱(26a)后侧的输出端和第三蜗轮箱(26c)后侧的输出端，分别通过第一传动杆(27a)和第二传动杆(27b)与第二蜗轮箱(26b)前侧的输入端和第四蜗轮箱(26d)前侧的输入端相连接；

第二蜗轮箱(26b)内的蜗轮和第四蜗轮箱(26d)内的蜗轮，分别与位于后方的两个蜗杆(7)的上端相啮合连接；

所述低氧、高温和振动综合环境试验系统还包括：复合环境控制器；

复合环境控制器，分别与氧气浓度传感器(8)的信号输出端、第一压力调节阀(22c)的控制端、第二压力调节阀(25b)的控制端、第一温度传感器(9)的信号输出端、试验对象(6)表面设置的第三温度传感器的信号输出端以及外部供电设备的功率输出控制端相连接；

复合环境控制器，用于通过氧气浓度传感器(8)检测获得试验舱(12)内的氧气浓度，当该氧气浓度与用户预先设定的氧气浓度不一致时，通过调节第二压力调节阀(25b)来控制通入试验舱(12)内的空气流量，以及通过第一压力调节阀(22c)调节通入试验舱(12)内的氮气流量，使得试验舱(12)内的氧气浓度达到用户预先设定的氧气浓度；

复合环境控制器，还用于通过第一温度传感器(9)检测获得试验舱(12)内的环境温度，当试验舱(12)内环境温度大于试验舱(12)的预设传感器正常使用温度范围时，通过低温调节阀(23b)调节通入试验舱(12)内的液氮流量，将试验舱(12)内的环境温度进行降温，达到试验舱(12)的预设传感器正常使用温度范围；

复合环境控制器，还用于通过第三温度传感器检测获得试验对象(6)的表面温度，当试验对象(6)的表面温度不在试验对象(6)的预设正常温度范围时，通过调节外部供电设备的功率输出，控制加热器辐射热流密度，达到温度闭环控制，使得试验对象(6)的表面温度位于试验对象(6)的预设正常温度范围。

2.如权利要求1所述的低氧、高温和振动综合环境试验系统，其特征在于，对于试验舱(12)，其底部中心位置具有试验开口(120)；

过渡头(4)，位于试验开口(120)中；

试验开口(120)的四周边缘，与隔热膜(18)的四周外侧相密封连接；

隔热膜(18)的内侧端套在过渡头(4)的四周外壁上，且与过渡头(4)的四周外壁密封连接。

3.如权利要求2所述的低氧、高温和振动综合环境试验系统，其特征在于，隔热膜(18)的内侧端与过渡头(4)的四周外壁的连接处，还套有环形的、弹性的硅橡胶压环。

4.如权利要求1所述的低氧、高温和振动综合环境试验系统，其特征在于，加热器反射板(30)的顶部，通过多根垂直分布的拉杆(31)，与试验舱(12)的顶部内壁相连接；

拉杆(31)用于将辐射加热器悬挂于试验舱(12)的顶部，并调节辐射加热器与试验对象(6)之间的距离。

5.如权利要求4所述的低氧、高温和振动综合环境试验系统，其特征在于，拉杆(31)的外表面具有外螺纹；

试验舱(12)的顶部在与每根拉杆(31)的正上方，设置有具有预设垂直方向长度的螺纹孔；

拉杆(31)，与试验舱(12)顶部的螺纹孔相螺纹连接。

6.如权利要求1所述的低氧、高温和振动综合环境试验系统，其特征在于，对于试验舱(12)，其内侧壁上还设置有第一压力传感器(13)，用于测量试验舱(12)内的压力。

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