CN113933236A - 一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统及方法 - Google Patents

一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统及方法,该系统包括全光谱灯阵、红外灯阵和检测模块,红外灯阵包括第一红外灯阵、第二红外灯阵和第三红外灯阵,全光谱灯阵与飞机机头平行布设,全光谱灯阵、第一红外灯阵、第二红外灯阵和第三红外灯阵的有效辐射区域覆盖飞机整个上表面蒙皮;检测模块包括第一辐照计和第二辐照计,全光谱灯阵包括多个全光谱灯阵单元,全光谱灯阵单元均包括第一灯架、全光谱灯和遮网机构;该方法包括以下步骤:一、试样及标定灯阵准备;二、全光谱灯阵对红外灯阵的标定;三、飞机的进入固定;四、飞机太阳辐射模拟试验。本发明设计合理,满足气候环境实验室飞机太阳辐射模拟试验要求。

Description

一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统及方法
技术领域
本发明属于飞机太阳辐射模拟试验技术领域,尤其是涉及一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统及方法。
背景技术
气候环境实验室是指在该实验室内可模拟多种气候环境,太阳辐射环境为模拟环境之一。太阳辐射模拟系统无法在实验室内设计成固定形式,否则在不进行太阳辐射模拟试验时该装置还需经受严酷的其他气候环境,技术难度加大,且研制经费增多,因此太阳辐射模拟装置应设计成可移动式、且方便拆卸和运输。气候环境实验室太阳辐射试验的对象通常为体积较大的飞机或装备,辐射面积大且不平整,将导致太阳辐射模拟装置安装后在实验室不再方便调整辐射距离。目前国内太阳辐射模拟装置通常为专用的太阳辐射环境箱,太阳辐射模拟辐射面积不大,辐射模拟装置多为一体化固定式,或者设计了运动机构可以在试验中调节辐射距离,以此实现太阳辐射模拟辐照度参数试验。所以,现有太阳辐射模拟装置不能完全适用于气候环境实验室飞机太阳辐射模拟试验。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统,其设计合理,全光谱灯阵和红外灯阵模块化,易于安装和拆卸,不仅满足气候环境实验室飞机太阳辐射模拟试验要求,而且可以不通过调整辐射距离调节辐照度,从而提高了适应范围。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统,其特征在于:包括布设在气候环境实验室内且位于飞机上方的全光谱灯阵和红外灯阵,以及设置在飞机上的检测模块;
所述红外灯阵包括沿飞机机身至尾翼布设的第一红外灯阵、沿飞机右副翼平行布设的第二红外灯阵和沿飞机左副翼平行布设的第三红外灯阵,所述全光谱灯阵与飞机机头平行布设,所述全光谱灯阵不超过飞机左副翼与飞机右副翼,所述第二红外灯阵和第三红外灯阵对称倾斜布设;
所述全光谱灯阵、第一红外灯阵、第二红外灯阵和第三红外灯阵的有效辐射区域覆盖飞机整个上表面蒙皮;
所述检测模块包括多个设置在全光谱灯阵下方的第一辐照计和多个分别设置在第一红外灯阵、第二红外灯阵和第三红外灯阵下方的第二辐照计,所述第一辐照计和第二辐照计均贴附在飞机上表面蒙皮上;
所述全光谱灯阵包括多个依次拼接的全光谱灯阵单元,多个所述全光谱灯阵单元的结构相同,每个所述全光谱灯阵单元均包括第一灯架、8个布设在所述第一灯架上的全光谱灯和多个设置在第一灯架上且能对各个全光谱灯进行遮挡的遮网机构,所述全光谱灯阵单元中遮网机构和全光谱灯的数量相同且一一对应。
上述的一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统,其特征在于:所述第一灯架包括第一上矩形框架、与第一上矩形框架平行布设的第一下矩形框架、连接所述第一上矩形框架与所述第一下矩形框架的第一竖向杆、设置在第一上矩形框架上的第一纵向连接杆和第一横向连接杆,以及设置在第一上矩形框架和第一横向连接杆上的第一灯架杆,所述全光谱灯安装在第一灯架杆上,且所述全光谱灯的照射面垂直朝下。
上述的一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统,其特征在于:所述遮网机构包括铝边框和设置在所述铝边框内的不锈钢网和与所述铝边框连接且带动不锈钢网转动的电机模块;
所述不锈钢网呈劣弧形,当所述不锈钢网位于全光谱灯的正下方时,所述不锈钢网的弯曲面远离全光谱灯的照射面。
上述的一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统,其特征在于:所述电机模块包括设置在第一灯架杆上的第一L形杆与第二L形杆、设置在第一L形杆上的电机、与电机的输出轴传动连接且穿设在第一L形杆中的主动轴、穿设在第二L形杆中的从动轴,以及连接所述主动轴和所述铝边框之间与从动轴和所述铝边框之间的连杆,所述主动轴与从动轴上设置有配重件。
上述的一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统,其特征在于:所述第一红外灯阵、第二红外灯阵和第三红外灯阵均包括多个依次拼接的红外灯阵单元,多个所述红外灯阵单元的结构相同,每个所述红外灯阵单元均包括第二灯架和4个布设在所述第二灯架上的红外灯,4个红外灯呈2排2列布设;
所述第二灯架包括第二上矩形框架、与第二上矩形框架平行布设的第二下矩形框架、连接所述第二上矩形框架与所述第二下矩形框架的第二竖向杆、设置在第二上矩形框架上的第二纵向连接杆和第二横向连接杆,以及设置在两个第二横向连接杆上的第二灯架杆,所述红外灯安装在第二灯架杆上,且所述红外灯的照射面垂直朝下。
同时,本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且实现方便的飞机太阳辐射模拟试验方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、试样及标定灯阵准备:
步骤101、取两块飞机上表面蒙皮的试样记作第一试样和第二试样,并在第一试样的底面中心处粘贴第一温度传感器,在第二试样的底面中心处粘贴第二温度传感器;
步骤102、将3个全光谱灯阵单元依次拼接,形成1×3全光谱灯阵单元,并将1×3全光谱灯阵单元安装在距离气候环境实验室地面4米高度处;其中,1×3全光谱灯阵单元中全光谱灯的照射面垂直朝下;
步骤103、将6个红外灯阵单元依次拼接,形成2×3红外灯阵单元,并将2×3红外灯阵单元安装在距离气候环境实验室地面4米高度处;其中,2×3红外灯阵单元中红外灯的照射面垂直朝下;
步骤104、将第一试样放置在1×3全光谱灯阵单元正下方;其中,1×3全光谱灯阵单元的投影中心和第一试样的顶面中心重合;
将第二试样放置在2×3红外灯阵单元正下方;其中,2×3红外灯阵单元的投影中心和第二试样的顶面中心重合;
步骤二、全光谱灯阵对红外灯阵的标定:
步骤201、在第一试样的任一个边处布设一个第一标定辐照计;其中,第一标定辐照计的顶部和第一试样的顶面相齐平;
步骤202、调节1×3全光谱灯阵单元中遮网机构和各个全光谱灯的输出功率,以使第一标定辐照计检测到的辐照度满足第
Figure 658722DEST_PATH_IMAGE001
个设定模拟辐照度;
同时,第一温度传感器对第一试样的温度进行检测,并将在满足第
Figure 104747DEST_PATH_IMAGE001
个设定模拟辐照度下得到的第一试样的温度记作第
Figure 173197DEST_PATH_IMAGE001
个设定模拟辐照度下试样基准温度
Figure 312055DEST_PATH_IMAGE002
;其中,
Figure 895483DEST_PATH_IMAGE001
为正整数,且
Figure 145198DEST_PATH_IMAGE003
Figure 130472DEST_PATH_IMAGE004
表示设定模拟辐照度的等级总数;
步骤203、在第二试样的任一个边处布设一个第二标定辐照计;其中,第二标定辐照计的顶部和第二试样的顶面相齐平;
步骤204、调节2×3红外灯阵单元中各个红外灯的输出功率,第二温度传感器对第二试样的温度进行检测,当第二温度传感器检测到的第二试样的温度满足
Figure 440230DEST_PATH_IMAGE002
时,通过第二标定辐照计检测到的辐照度记作与第
Figure 697905DEST_PATH_IMAGE001
个设定模拟辐照度对应的第
Figure 751312DEST_PATH_IMAGE001
个设定模拟辐照度红外灯标定值;
步骤205、按照步骤202和步骤204所述的方法,进行第
Figure 591092DEST_PATH_IMAGE005
个设定模拟辐照度红外灯标定值获取,直至得到第
Figure 71752DEST_PATH_IMAGE006
个设定模拟辐照度红外灯标定值;
步骤三、飞机的进入固定:
将飞机移入气候环境实验,并通过刹车、轮档或系留装置将飞机固定在实验室飞机设计位置;其中,全光谱灯阵、第一红外灯阵、第二红外灯阵和第三红外灯阵均位于飞机上方,所述全光谱灯阵与飞机机头平行布设,所述全光谱灯阵的有效辐射区域覆盖飞机机头,第一红外灯阵的有效辐射区域覆盖飞机机身和尾翼,第二红外灯阵沿飞机右副翼平行布设,且第二红外灯阵的有效辐射区域覆盖飞机右副翼,第三红外灯阵沿飞机左副翼平行布设,且第三红外灯阵的有效辐射区域覆盖飞机左副翼;
步骤四、飞机太阳辐射模拟试验:
步骤401、调节遮网机构和全光谱灯的输出功率,以及调节红外灯的输出功率,以使飞机上表面蒙皮上的各个第一辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 364193DEST_PATH_IMAGE001
个设定模拟辐照度,飞机上表面蒙皮上的各个第二辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 221291DEST_PATH_IMAGE001
个设定模拟辐照度红外灯标定值;
步骤402、按照步骤401所述的方法,以使飞机上表面蒙皮上的各个第一辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 853260DEST_PATH_IMAGE007
个设定模拟辐照度,飞机上表面蒙皮上的各个第二辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 504821DEST_PATH_IMAGE007
个设定模拟辐照度红外灯标定值;
步骤403、多次重复步骤402,以使飞机上表面蒙皮上的各个第一辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 550138DEST_PATH_IMAGE008
个设定模拟辐照度,飞机上表面蒙皮上的各个第二辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 945347DEST_PATH_IMAGE008
个设定模拟辐照度红外灯标定值,完成
Figure 494140DEST_PATH_IMAGE008
个辐照等级模拟试验。
上述的方法,其特征在于:设定模拟辐照度的等级总数
Figure 582182DEST_PATH_IMAGE009
,第1个设定模拟辐照度至第8个设定模拟辐照度分别为27.5
Figure 537631DEST_PATH_IMAGE010
、162.5
Figure 470952DEST_PATH_IMAGE010
、387.5
Figure 139830DEST_PATH_IMAGE010
、617.5
Figure 398773DEST_PATH_IMAGE010
、822.5
Figure 825207DEST_PATH_IMAGE010
、977.5
Figure 827798DEST_PATH_IMAGE011
、1080
Figure 351183DEST_PATH_IMAGE011
、1120
Figure 515448DEST_PATH_IMAGE010
上述的方法,其特征在于:步骤401中调节遮网机构时,具体过程如下:
当需要满足第1个设定模拟辐照度至第3个设定模拟辐照度时:
步骤7011、操作电机转动,电机转动通过主动轴和从动轴带动连杆转动,连杆转动通过铝边框带动不锈钢网转动,以使不锈钢网转动90°至全光谱灯的照射面的正下方;
步骤7012、调节全光谱灯的输出功率,以使飞机上表面蒙皮上的各个第一辐照计检测到的辐照度均满足第1个设定模拟辐照度、第2个设定模拟辐照度、第3个设定模拟辐照度;
当需要满足第4个设定模拟辐照度至第8个设定模拟辐照度时:
步骤701A、操作电机反向转动,电机反向转动通过主动轴和从动轴带动连杆反向转动,连杆反向转动通过铝边框带动不锈钢网反向转动,以使不锈钢网反向转动90°移动至全光谱灯侧面;
步骤701B、调节全光谱灯的输出功率,以使飞机上表面蒙皮上的各个第一辐照计检测到的辐照度均满足第4个设定模拟辐照度、第5个设定模拟辐照度、第6个设定模拟辐照度、第7个设定模拟辐照度、第8个设定模拟辐照度。
上述的方法,其特征在于:步骤101中第一试样和第二试样的长×宽均为300mm×300mm~400mm×400mm;
所述第一温度传感器和第二温度传感器均为热电偶;
步骤104中全光谱灯的照射面和第一试样的顶面之间的间距为2m~2.5m;
红外灯的照射面和第二试样的顶面之间的间距和全光谱灯的照射面和第一试样的顶面之间的间距相同。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明结构简单、设计合理且安装布设简便,减少了灯阵所用的运动机构,降低试验成本。
2、本发明采用全光谱灯阵和红外灯阵进行飞机总体灯阵布局,飞机机头驾驶舱风挡等玻璃材质处采用全光谱灯阵进行照射,其余部位采用红外灯阵照射,联合灯阵使用可以极大幅度降低试验成本;另外通过全光谱灯阵和红外灯阵模拟太阳光辐射,便于进而分析太阳辐射环境引起飞机结构特性的后续研究。
3、本发明全光谱灯阵、第一红外灯阵、第二红外灯阵和第三红外灯阵的投影面积比飞机的投影面积至少多1排或1列灯阵,以使全光谱灯阵形成的有效辐射区域覆盖飞机机头,第一红外灯阵形成的有效辐射区域覆盖飞机机身至尾翼,第二红外灯阵形成的有效辐射区域覆盖飞机右副翼,第三红外灯阵形成的有效辐射区域覆盖飞机左副翼,从而确保飞机上表面整体模拟辐照。
4、本发明全光谱灯阵单元中设置遮网机构,以使低于560
Figure 757073DEST_PATH_IMAGE012
的设定模拟辐照度通过遮网机构与改变灯阵输出功率的方式进行调节,高于560
Figure 297776DEST_PATH_IMAGE012
的设定模拟辐照度通过改变灯阵输出功率的方式进行调节,从而避免依赖辐射距离的调节进行辐射度模拟的改变,简化了模拟系统。
5、本发明全光谱灯阵中通过多个全光谱灯阵单元拼接,第一红外灯阵、第二红外灯阵和第三红外灯阵均通过红外灯阵单元拼接,以使全光谱灯阵和红外灯阵模块化,便于辐射区域的调节,从而提高了飞机的适应范围。
6、所采用的飞机太阳辐射模拟试验方法步骤简单、实现方便且操作简便,便于在各个设定模拟辐照度下进行模拟试验。
7、所采用的飞机太阳辐射模拟试验方法操作简便且使用效果好,首先是试样及灯阵准备,接着是全光谱灯阵对红外灯阵的标定,最后在飞机的进入固定后进行飞机太阳辐射模拟试验,便于太阳辐射模拟下进行飞机特性的分析。
综上所述,本发明设计合理,易于安装和拆卸,调节便捷,通过全光谱灯阵和红外灯阵模拟太阳光辐射,一方面提高了太阳光辐射模拟的均匀性和稳定度,另一方面辐射区域可调节,从而提高了飞机的适应范围。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统的结构示意图。
图2为本发明气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统全光谱灯阵单元的结构示意图。
图3为本发明气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统遮网机构的结构示意图。
图4为本发明气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统红外灯阵的结构示意图。
图5为本发明1×3全光谱灯阵单元的结构示意图。
图6为本发明2×3红外灯阵单元的结构示意图。
图7为本发明气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验方法的流程框图。
附图标记说明:
1—全光谱灯阵; 1-1—第一灯架; 1-1-1—第一上矩形框架;
1-1-2—第一竖向杆;1-1-3—第一纵向连接杆;1-1-4—第一横向连接杆;
1-1-5—加固块; 1-1-6—第一灯架杆; 1-1-7—第一加固杆;
1-1-8—下连接杆; 1-2—全光谱灯;
1-3—遮网机构; 1-3-1—铝边框; 1-3-2—不锈钢网;
1-3-3—第一L形杆; 1-3-4—第二L形杆; 1-3-5—电机;
1-3-6—从动轴; 1-3-7—连杆; 1-3-8—配重件;
1-4—第一母连接头; 1-5—第一公连接头;
2—第二红外灯阵; 2-1—第二灯架; 2-1-1—第二上矩形框架;
2-1-2—第二竖向杆;2-1-3—第二纵向连接杆; 2-1-4—第二横向连接杆;
2-1-6—第二灯架杆; 2-1-7—第二加固杆; 2-2—红外灯;
2-4—第二母连接头; 2-5—第二公连接头; 3—第三红外灯阵;
4—第一红外灯阵; 5—1×3全光谱灯阵单元;
5-1—全光谱灯阵单元有效辐射区域; 6—2×3红外灯阵单元;
6-1—红外灯阵单元有效区域。
具体实施方式
如图1至图4所示的一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统,包括布设在气候环境实验室内且位于飞机上方的全光谱灯阵1和红外灯阵,以及设置在飞机上的检测模块;
所述红外灯阵包括沿飞机机身至尾翼布设的第一红外灯阵4、沿飞机右副翼平行布设的第二红外灯阵2和沿飞机左副翼平行布设的第三红外灯阵3,所述全光谱灯阵1与飞机机头平行布设,所述全光谱灯阵1不超过飞机左副翼与飞机右副翼,所述第二红外灯阵2和第三红外灯阵3对称倾斜布设;
所述全光谱灯阵1、第一红外灯阵4、第二红外灯阵2和第三红外灯阵3的有效辐射区域覆盖飞机整个上表面蒙皮;
所述检测模块包括多个设置在全光谱灯阵1下方的第一辐照计和多个分别设置在第一红外灯阵4、第二红外灯阵2和第三红外灯阵3下方的第二辐照计,所述第一辐照计和第二辐照计均贴附在飞机上表面蒙皮上;
所述全光谱灯阵1包括多个依次拼接的全光谱灯阵单元,多个所述全光谱灯阵单元的结构相同,每个所述全光谱灯阵单元均包括第一灯架1-1、8个布设在所述第一灯架1-1上的全光谱灯1-2和多个设置在第一灯架1-1上且能对各个全光谱灯1-2进行遮挡的遮网机构1-3,所述全光谱灯阵单元中遮网机构1-3和全光谱灯1-2的数量相同且一一对应。
如图2所示,本实施例中,所述第一灯架1-1包括第一上矩形框架1-1-1、与第一上矩形框架1-1-1平行布设的第一下矩形框架、连接所述第一上矩形框架1-1-1与所述第一下矩形框架的第一竖向杆1-1-2、设置在第一上矩形框架1-1-1上的第一纵向连接杆1-1-3和第一横向连接杆1-1-4,以及设置在第一上矩形框架1-1-1和第一横向连接杆1-1-4上的第一灯架杆1-1-6,所述全光谱灯1-2安装在第一灯架杆1-1-6上,且所述全光谱灯1-2的照射面垂直朝下。
如图3所示,本实施例中,所述遮网机构1-3包括铝边框1-3-1和设置在所述铝边框1-3-1内的不锈钢网1-3-2和与所述铝边框1-3-1连接且带动不锈钢网1-3-2转动的电机模块;
所述不锈钢网1-3-2呈劣弧形,当所述不锈钢网1-3-2位于全光谱灯1-2的正下方时,所述不锈钢网1-3-2的弯曲面远离全光谱灯1-2的照射面。
如图3所示,本实施例中,所述电机模块包括设置在第一灯架杆1-1-6上的第一L形杆1-3-3与第二L形杆1-3-4、设置在第一L形杆1-3-3上的电机1-3-5、与电机1-3-5的输出轴传动连接且穿设在第一L形杆1-3-3中的主动轴、穿设在第二L形杆1-3-4中的从动轴1-3-6,以及连接所述主动轴和所述铝边框1-3-1之间与从动轴1-3-6和所述铝边框1-3-1之间的连杆1-3-7,所述主动轴与从动轴1-3-6上设置有配重件1-3-8。
如图4所示,本实施例中,所述第一红外灯阵4、第二红外灯阵2和第三红外灯阵3均包括多个依次拼接的红外灯阵单元,多个所述红外灯阵单元的结构相同,每个所述红外灯阵单元均包括第二灯架2-1和4个布设在所述第二灯架2-1上的红外灯2-2,4个红外灯2-2呈2排2列布设;
所述第二灯架2-1包括第二上矩形框架2-1-1、与第二上矩形框架2-1-1平行布设的第二下矩形框架、连接所述第二上矩形框架2-1-1与所述第二下矩形框架的第二竖向杆2-1-2、设置在第二上矩形框架2-1-1上的第二纵向连接杆2-1-3和第二横向连接杆2-1-4,以及设置在两个第二横向连接杆2-1-4上的第二灯架杆2-1-6,所述红外灯2-2安装在第二灯架杆2-1-6上,且所述红外灯2-2的照射面垂直朝下。
本实施例中,8个全光谱灯1-2呈4排2列布设;
本实施例中,所述不锈钢网1-3-2中网孔直径为100目。
本实施例中,实际使用时,所述连杆1-3-7的一端和所述主动轴与从动轴1-3-6连接,所述连杆1-3-7的另一端和铝边框1-3-1连接。
本实施例中,实际使用时,所述第一竖向杆1-1-2的顶部和第一上矩形框架1-1-1相齐平,所述第一竖向杆1-1-2的底部低于所述第一下矩形框架,所述第一纵向连接杆1-1-3和位于中间部位的第一横向连接杆1-1-4的连接处设置有加固块1-1-5。
本实施例中,实际使用时,所述第一纵向连接杆1-1-3将第一灯架1-1划分为两列,所述第一横向连接杆1-1-4的数量为多个,多个所述第一横向连接杆1-1-4沿第一上矩形框架1-1-1和第一纵向连接杆1-1-3的长度方向布设,多个所述第一横向连接杆1-1-4和一个第一纵向连接杆1-1-3将第一上矩形框架1-1-1划分为4排2列供8个全光谱灯1-2安装的矩形安装框。
本实施例中,实际使用时,所述第一上矩形框架1-1-1和所述第一下矩形框架之间设置有多个第一加固杆1-1-7,所述第一下矩形框架中部设置有下连接杆1-1-8,所述下连接杆和位于中间部位的第一横向连接杆1-1-4上下正对布设。
本实施例中,所述第一灯架1-1一侧设置有多个第一母连接头1-4,所述第一灯架1-1另一侧设置有多个第一公连接头1-5,设置第一母连接头1-4和第一公连接头1-5用于多个所述全光谱灯阵单元的拼接。
本实施例中,实际使用时,全光谱灯1-2为全光谱阳光模拟灯,即HMI 2500w金卤灯,更接近于太阳光真实光谱。
本实施例中,实际使用时,第一灯架1-1的尺寸为3.05m×1.525m。
本实施例中,实际使用时,所述第二竖向杆2-1-2的顶部和第二上矩形框架2-1-1相齐平,所述第二竖向杆2-1-2的底部低于所述第二下矩形框架。
本实施例中,实际使用时,所述第二纵向连接杆2-1-3将第二灯架2-1划分为两列,所述第二横向连接杆2-1-4的数量为多个,多个所述第二横向连接杆2-1-4沿第二上矩形框架2-1-1和第二纵向连接杆2-1-3的长度方向布设,中间的两个所述第二横向连接杆2-1-4和一个第二纵向连接杆2-1-3将第二上矩形框架2-1-1划分为2排2列供4个红外灯2-2安装的矩形安装框。
本实施例中,实际使用时,所述第二上矩形框架2-1-1和所述第二下矩形框架之间设置有多个第二加固杆2-1-7。
本实施例中,所述第二灯架2-1一侧设置有多个第二母连接头2-4,所述第二灯架2-1另一侧设置有多个第一公连接头2-5,设置第一母连接头2-4和第一公连接头2-5用于多个所述红外灯阵单元的拼接。
本实施例中,实际使用时,第二灯架2-1的尺寸为3.05m×1.525m。
如图5至图7所示的一种飞机太阳辐射模拟试验方法,包括以下步骤:
步骤一、试样及标定灯阵准备:
步骤101、取两块飞机上表面蒙皮的试样记作第一试样和第二试样,并在第一试样的底面中心处粘贴第一温度传感器,在第二试样的底面中心处粘贴第二温度传感器;
步骤102、将3个全光谱灯阵单元依次拼接,形成1×3全光谱灯阵单元5,并将1×3全光谱灯阵单元5安装在距离气候环境实验室地面4米高度处;其中,1×3全光谱灯阵单元5中全光谱灯1-2的照射面垂直朝下;
步骤103、将6个红外灯阵单元依次拼接,形成2×3红外灯阵单元6,并将2×3红外灯阵单元6安装在距离气候环境实验室地面4米高度处;其中,2×3红外灯阵单元6中红外灯2-2的照射面垂直朝下;
步骤104、将第一试样放置在1×3全光谱灯阵单元5正下方;其中,1×3全光谱灯阵单元5的投影中心和第一试样的顶面中心重合;
将第二试样放置在2×3红外灯阵单元6正下方;其中,2×3红外灯阵单元6的投影中心和第二试样的顶面中心重合;
步骤二、全光谱灯阵对红外灯阵的标定:
步骤201、在第一试样的任一个边处布设一个第一标定辐照计;其中,第一标定辐照计的顶部和第一试样的顶面相齐平;
步骤202、调节1×3全光谱灯阵单元5中遮网机构1-3和各个全光谱灯1-2的输出功率,以使第一标定辐照计检测到的辐照度满足第
Figure 862619DEST_PATH_IMAGE013
个设定模拟辐照度;
同时,第一温度传感器对第一试样的温度进行检测,并将在满足第
Figure 463364DEST_PATH_IMAGE013
个设定模拟辐照度下得到的第一试样的温度记作第
Figure 926707DEST_PATH_IMAGE013
个设定模拟辐照度下试样基准温度
Figure 271100DEST_PATH_IMAGE014
;其中,
Figure 769078DEST_PATH_IMAGE013
为正整数,且
Figure 212829DEST_PATH_IMAGE015
Figure 429046DEST_PATH_IMAGE016
表示设定模拟辐照度的等级总数;
步骤203、在第二试样的任一个边处布设一个第二标定辐照计;其中,第二标定辐照计的顶部和第二试样的顶面相齐平;
步骤204、调节2×3红外灯阵单元6中各个红外灯2-2的输出功率,第二温度传感器对第二试样的温度进行检测,当第二温度传感器检测到的第二试样的温度满足
Figure 311552DEST_PATH_IMAGE017
时,通过第二标定辐照计检测到的辐照度记作与第
Figure 664035DEST_PATH_IMAGE018
个设定模拟辐照度对应的第
Figure 341004DEST_PATH_IMAGE018
个设定模拟辐照度红外灯标定值;
步骤205、按照步骤202和步骤204所述的方法,进行第
Figure 778939DEST_PATH_IMAGE019
个设定模拟辐照度红外灯标定值获取,直至得到第
Figure 168199DEST_PATH_IMAGE016
个设定模拟辐照度红外灯标定值;
步骤三、飞机的进入固定:
将飞机移入气候环境实验,并通过刹车、轮档或系留装置将飞机固定在实验室飞机设计位置;其中,全光谱灯阵1、第一红外灯阵4、第二红外灯阵2和第三红外灯阵3均位于飞机上方,所述全光谱灯阵1与飞机机头平行布设,所述全光谱灯阵1的有效辐射区域覆盖飞机机头,第一红外灯阵4的有效辐射区域覆盖飞机机身和尾翼,第二红外灯阵2沿飞机右副翼平行布设,且第二红外灯阵2的有效辐射区域覆盖飞机右副翼,第三红外灯阵3沿飞机左副翼平行布设,且第三红外灯阵3的有效辐射区域覆盖飞机左副翼;
步骤四、飞机太阳辐射模拟试验:
步骤401、调节遮网机构1-3和全光谱灯1-2的输出功率,以及调节红外灯2-2的输出功率,以使飞机上表面蒙皮上的各个第一辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 375190DEST_PATH_IMAGE018
个设定模拟辐照度,飞机上表面蒙皮上的各个第二辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 488639DEST_PATH_IMAGE018
个设定模拟辐照度红外灯标定值;
步骤402、按照步骤401所述的方法,以使飞机上表面蒙皮上的各个第一辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 413870DEST_PATH_IMAGE020
个设定模拟辐照度,飞机上表面蒙皮上的各个第二辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 638178DEST_PATH_IMAGE021
个设定模拟辐照度红外灯标定值;
步骤403、多次重复步骤402,以使飞机上表面蒙皮上的各个第一辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 965254DEST_PATH_IMAGE022
个设定模拟辐照度,飞机上表面蒙皮上的各个第二辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 187288DEST_PATH_IMAGE022
个设定模拟辐照度红外灯标定值,完成
Figure 334235DEST_PATH_IMAGE022
个辐照等级模拟试验。
本实施例中,设定模拟辐照度的等级总数
Figure 362234DEST_PATH_IMAGE023
,第1个设定模拟辐照度至第8个设定模拟辐照度分别为27.5
Figure 543817DEST_PATH_IMAGE012
、162.5
Figure 999069DEST_PATH_IMAGE012
、387.5
Figure 898892DEST_PATH_IMAGE012
、617.5
Figure 651953DEST_PATH_IMAGE012
、822.5
Figure 688042DEST_PATH_IMAGE012
、977.5
Figure 314196DEST_PATH_IMAGE012
、1080
Figure 435736DEST_PATH_IMAGE012
、1120
Figure 805537DEST_PATH_IMAGE012
本实施例中,步骤401中调节遮网机构1-3时,具体过程如下:
当需要满足第1个设定模拟辐照度至第3个设定模拟辐照度时:
步骤7011、操作电机1-3-5转动,电机1-3-5转动通过主动轴和从动轴1-3-6带动连杆1-3-7转动,连杆1-3-7转动通过铝边框1-3-1带动不锈钢网1-3-2转动,以使不锈钢网1-3-2转动90°至全光谱灯1-2的照射面的正下方;
步骤7012、调节全光谱灯1-2的输出功率,以使飞机上表面蒙皮上的各个第一辐照计检测到的辐照度均满足第1个设定模拟辐照度、第2个设定模拟辐照度、第3个设定模拟辐照度;
当需要满足第4个设定模拟辐照度至第8个设定模拟辐照度时:
步骤701A、操作电机1-3-5反向转动,电机1-3-5反向转动通过主动轴和从动轴1-3-6带动连杆1-3-7反向转动,连杆1-3-7反向转动通过铝边框1-3-1带动不锈钢网1-3-2反向转动,以使不锈钢网1-3-2反向转动90°移动至全光谱灯1-2侧面;
步骤701B、调节全光谱灯1-2的输出功率,以使飞机上表面蒙皮上的各个第一辐照计检测到的辐照度均满足第4个设定模拟辐照度、第5个设定模拟辐照度、第6个设定模拟辐照度、第7个设定模拟辐照度、第8个设定模拟辐照度。
本实施例中,步骤101中第一试样和第二试样的长×宽均为300mm×300mm~400mm×400mm;
所述第一温度传感器和第二温度传感器均为热电偶;
步骤104中全光谱灯1-2的照射面和第一试样的顶面之间的间距为2m~2.5m;
红外灯2-2的照射面和第二试样的顶面之间的间距和全光谱灯1-2的照射面和第一试样的顶面之间的间距相同。
本实施例中,需要说明的是,全光谱灯1-2的照射面与飞机上表面蒙皮的间距以及红外灯2-2的照射面与飞机上表面蒙皮的间距也为2m~2.5m,以使全光谱灯1-2的照射面与飞机上表面蒙皮的间距以及红外灯2-2的照射面与飞机上表面蒙皮的间距均满足全光谱灯1-2的照射面和第一试样的顶面之间的间距。
本实施例中,需要说明的是,所述全光谱灯阵1、第一红外灯阵4、第二红外灯阵2和第三红外灯阵3的有效辐射区域比全光谱灯阵1、第一红外灯阵4、第二红外灯阵2和第三红外灯阵3的投影区域缩小一个矩形安装框。
如图5和图6所示,本实施例中,2×3红外灯阵单元6垂直下方的红外灯阵单元有效区域6-1与2×3红外灯阵单元6的边界存在一个红外灯2-2的矩形安装框;1×3全光谱灯阵单元5垂直下方的全光谱灯阵单元有效辐射区域5-1的边界与1×3全光谱灯阵单元5的边界存在一个全光谱灯1-2的矩形安装框。
综上所述,本发明设计合理,易于安装和拆卸,调节便捷,通过全光谱灯阵和红外灯阵模拟太阳光辐射,一方面提高了太阳光辐射模拟的均匀性和稳定度,另一方面辐射区域可调节,从而提高了飞机的适应范围。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统,其特征在于:包括布设在气候环境实验室内且位于飞机上方的全光谱灯阵(1)和红外灯阵,以及设置在飞机上的检测模块;
所述红外灯阵包括沿飞机机身至尾翼布设的第一红外灯阵(4)、沿飞机右副翼平行布设的第二红外灯阵(2)和沿飞机左副翼平行布设的第三红外灯阵(3),所述全光谱灯阵(1)与飞机机头平行布设,所述全光谱灯阵(1)不超过飞机左副翼与飞机右副翼,所述第二红外灯阵(2)和第三红外灯阵(3)对称倾斜布设;
所述全光谱灯阵(1)、第一红外灯阵(4)、第二红外灯阵(2)和第三红外灯阵(3)的有效辐射区域覆盖飞机整个上表面蒙皮;
所述检测模块包括多个设置在全光谱灯阵(1)下方的第一辐照计和多个分别设置在第一红外灯阵(4)、第二红外灯阵(2)和第三红外灯阵(3)下方的第二辐照计,所述第一辐照计和第二辐照计均贴附在飞机上表面蒙皮上;
所述全光谱灯阵(1)包括多个依次拼接的全光谱灯阵单元,多个所述全光谱灯阵单元的结构相同,每个所述全光谱灯阵单元均包括第一灯架(1-1)、8个布设在所述第一灯架(1-1)上的全光谱灯(1-2)和多个设置在第一灯架(1-1)上且能对各个全光谱灯(1-2)进行遮挡的遮网机构(1-3),所述全光谱灯阵单元中遮网机构(1-3)和全光谱灯(1-2)的数量相同且一一对应。
2.按照权利要求1所述的一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统,其特征在于:所述第一灯架(1-1)包括第一上矩形框架(1-1-1)、与第一上矩形框架(1-1-1)平行布设的第一下矩形框架、连接所述第一上矩形框架(1-1-1)与所述第一下矩形框架的第一竖向杆(1-1-2)、设置在第一上矩形框架(1-1-1)上的第一纵向连接杆(1-1-3)和第一横向连接杆(1-1-4),以及设置在第一上矩形框架(1-1-1)和第一横向连接杆(1-1-4)上的第一灯架杆(1-1-6),所述全光谱灯(1-2)安装在第一灯架杆(1-1-6)上,且所述全光谱灯(1-2)的照射面垂直朝下。
3.按照权利要求1所述的一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统,其特征在于:所述遮网机构(1-3)包括铝边框(1-3-1)和设置在所述铝边框(1-3-1)内的不锈钢网(1-3-2)和与所述铝边框(1-3-1)连接且带动不锈钢网(1-3-2)转动的电机模块;
所述不锈钢网(1-3-2)呈劣弧形,当所述不锈钢网(1-3-2)位于全光谱灯(1-2)的正下方时,所述不锈钢网(1-3-2)的弯曲面远离全光谱灯(1-2)的照射面。
4.按照权利要求3所述的一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统,其特征在于:所述电机模块包括设置在第一灯架杆(1-1-6)上的第一L形杆(1-3-3)与第二L形杆(1-3-4)、设置在第一L形杆(1-3-3)上的电机(1-3-5)、与电机(1-3-5)的输出轴传动连接且穿设在第一L形杆(1-3-3)中的主动轴、穿设在第二L形杆(1-3-4)中的从动轴(1-3-6),以及连接所述主动轴和所述铝边框(1-3-1)之间与从动轴(1-3-6)和所述铝边框(1-3-1)之间的连杆(1-3-7),所述主动轴与从动轴(1-3-6)上设置有配重件(1-3-8)。
5.按照权利要求1所述的一种气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统,其特征在于:所述第一红外灯阵(4)、第二红外灯阵(2)和第三红外灯阵(3)均包括多个依次拼接的红外灯阵单元,多个所述红外灯阵单元的结构相同,每个所述红外灯阵单元均包括第二灯架(2-1)和4个布设在所述第二灯架(2-1)上的红外灯(2-2),4个红外灯(2-2)呈2排2列布设;
所述第二灯架(2-1)包括第二上矩形框架(2-1-1)、与第二上矩形框架(2-1-1)平行布设的第二下矩形框架、连接所述第二上矩形框架(2-1-1)与所述第二下矩形框架的第二竖向杆(2-1-2)、设置在第二上矩形框架(2-1-1)上的第二纵向连接杆(2-1-3)和第二横向连接杆(2-1-4),以及设置在两个第二横向连接杆(2-1-4)上的第二灯架杆(2-1-6),所述红外灯(2-2)安装在第二灯架杆(2-1-6)上,且所述红外灯(2-2)的照射面垂直朝下。
6.一种利用如权利要求1所述的气候环境实验室内飞机太阳辐射模拟试验系统对飞机进行太阳辐射模拟试验的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、试样及标定灯阵准备:
步骤101、取两块飞机上表面蒙皮的试样记作第一试样和第二试样,并在第一试样的底面中心处粘贴第一温度传感器,在第二试样的底面中心处粘贴第二温度传感器;
步骤102、将3个全光谱灯阵单元依次拼接,形成1×3全光谱灯阵单元(5),并将1×3全光谱灯阵单元(5)安装在距离气候环境实验室地面4米高度处;其中,1×3全光谱灯阵单元(5)中全光谱灯(1-2)的照射面垂直朝下;
步骤103、将6个红外灯阵单元依次拼接,形成2×3红外灯阵单元(6),并将2×3红外灯阵单元(6)安装在距离气候环境实验室地面4米高度处;其中,2×3红外灯阵单元(6)中红外灯(2-2)的照射面垂直朝下;
步骤104、将第一试样放置在1×3全光谱灯阵单元(5)正下方;其中,1×3全光谱灯阵单元(5)的投影中心和第一试样的顶面中心重合;
将第二试样放置在2×3红外灯阵单元(6)正下方;其中,2×3红外灯阵单元(6)的投影中心和第二试样的顶面中心重合;
步骤二、全光谱灯阵对红外灯阵的标定:
步骤201、在第一试样的任一个边处布设一个第一标定辐照计;其中,第一标定辐照计的顶部和第一试样的顶面相齐平;
步骤202、调节1×3全光谱灯阵单元(5)中遮网机构(1-3)和各个全光谱灯(1-2)的输出功率,以使第一标定辐照计检测到的辐照度满足第
Figure 110271DEST_PATH_IMAGE001
个设定模拟辐照度;
同时,第一温度传感器对第一试样的温度进行检测,并将在满足第
Figure 992776DEST_PATH_IMAGE001
个设定模拟辐照度下得到的第一试样的温度记作第
Figure 345260DEST_PATH_IMAGE001
个设定模拟辐照度下试样基准温度
Figure 225492DEST_PATH_IMAGE002
;其中,
Figure 663426DEST_PATH_IMAGE001
为正整数,且
Figure 84043DEST_PATH_IMAGE003
Figure 556613DEST_PATH_IMAGE004
表示设定模拟辐照度的等级总数;
步骤203、在第二试样的任一个边处布设一个第二标定辐照计;其中,第二标定辐照计的顶部和第二试样的顶面相齐平;
步骤204、调节2×3红外灯阵单元(6)中各个红外灯(2-2)的输出功率,第二温度传感器对第二试样的温度进行检测,当第二温度传感器检测到的第二试样的温度满足
Figure 404483DEST_PATH_IMAGE005
时,通过第二标定辐照计检测到的辐照度记作与第
Figure 329714DEST_PATH_IMAGE006
个设定模拟辐照度对应的第
Figure 242437DEST_PATH_IMAGE006
个设定模拟辐照度红外灯标定值;
步骤205、按照步骤202和步骤204所述的方法,进行第
Figure 569513DEST_PATH_IMAGE007
个设定模拟辐照度红外灯标定值获取,直至得到第
Figure 853864DEST_PATH_IMAGE008
个设定模拟辐照度红外灯标定值;
步骤三、飞机的进入固定:
将飞机移入气候环境实验,并通过刹车、轮档或系留装置将飞机固定在实验室飞机设计位置;其中,全光谱灯阵(1)、第一红外灯阵(4)、第二红外灯阵(2)和第三红外灯阵(3)均位于飞机上方,所述全光谱灯阵(1)与飞机机头平行布设,所述全光谱灯阵(1)的有效辐射区域覆盖飞机机头,第一红外灯阵(4)的有效辐射区域覆盖飞机机身和尾翼,第二红外灯阵(2)沿飞机右副翼平行布设,且第二红外灯阵(2)的有效辐射区域覆盖飞机右副翼,第三红外灯阵(3)沿飞机左副翼平行布设,且第三红外灯阵(3)的有效辐射区域覆盖飞机左副翼;
步骤四、飞机太阳辐射模拟试验:
步骤401、调节遮网机构(1-3)和全光谱灯(1-2)的输出功率,以及调节红外灯(2-2)的输出功率,以使飞机上表面蒙皮上的各个第一辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 266391DEST_PATH_IMAGE006
个设定模拟辐照度,飞机上表面蒙皮上的各个第二辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 28811DEST_PATH_IMAGE006
个设定模拟辐照度红外灯标定值;
步骤402、按照步骤401所述的方法,以使飞机上表面蒙皮上的各个第一辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 210393DEST_PATH_IMAGE009
个设定模拟辐照度,飞机上表面蒙皮上的各个第二辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 603329DEST_PATH_IMAGE009
个设定模拟辐照度红外灯标定值;
步骤403、多次重复步骤402,以使飞机上表面蒙皮上的各个第一辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 503151DEST_PATH_IMAGE010
个设定模拟辐照度,飞机上表面蒙皮上的各个第二辐照计检测到的辐照度均满足第
Figure 69262DEST_PATH_IMAGE010
个设定模拟辐照度红外灯标定值,完成
Figure 105351DEST_PATH_IMAGE010
个辐照等级模拟试验。
7.按照权利要求6所述的方法,其特征在于:设定模拟辐照度的等级总数
Figure 731505DEST_PATH_IMAGE011
,第1个设定模拟辐照度至第8个设定模拟辐照度分别为27.5
Figure 118624DEST_PATH_IMAGE012
、162.5
Figure 409796DEST_PATH_IMAGE012
、387.5
Figure 565971DEST_PATH_IMAGE012
、617.5
Figure 363026DEST_PATH_IMAGE012
、822.5
Figure 971862DEST_PATH_IMAGE012
、977.5
Figure 145354DEST_PATH_IMAGE012
、1080
Figure 156036DEST_PATH_IMAGE012
、1120
Figure 61675DEST_PATH_IMAGE012
8.按照权利要求6所述的方法,其特征在于:步骤401中调节遮网机构(1-3)时,具体过程如下:
当需要满足第1个设定模拟辐照度至第3个设定模拟辐照度时:
步骤7011、操作电机(1-3-5)转动,电机(1-3-5)转动通过主动轴和从动轴(1-3-6)带动连杆(1-3-7)转动,连杆(1-3-7)转动通过铝边框(1-3-1)带动不锈钢网(1-3-2)转动,以使不锈钢网(1-3-2)转动90°至全光谱灯(1-2)的照射面的正下方;
步骤7012、调节全光谱灯(1-2)的输出功率,以使飞机上表面蒙皮上的各个第一辐照计检测到的辐照度均满足第1个设定模拟辐照度、第2个设定模拟辐照度、第3个设定模拟辐照度;
当需要满足第4个设定模拟辐照度至第8个设定模拟辐照度时:
步骤701A、操作电机(1-3-5)反向转动,电机(1-3-5)反向转动通过主动轴和从动轴(1-3-6)带动连杆(1-3-7)反向转动,连杆(1-3-7)反向转动通过铝边框(1-3-1)带动不锈钢网(1-3-2)反向转动,以使不锈钢网(1-3-2)反向转动90°移动至全光谱灯(1-2)侧面;
步骤701B、调节全光谱灯(1-2)的输出功率,以使飞机上表面蒙皮上的各个第一辐照计检测到的辐照度均满足第4个设定模拟辐照度、第5个设定模拟辐照度、第6个设定模拟辐照度、第7个设定模拟辐照度、第8个设定模拟辐照度。
9.按照权利要求6所述的方法,其特征在于:步骤101中第一试样和第二试样的长×宽均为300mm×300mm~400mm×400mm;
所述第一温度传感器和第二温度传感器均为热电偶;
步骤104中全光谱灯(1-2)的照射面和第一试样的顶面之间的间距为2m~2.5m;
红外灯(2-2)的照射面和第二试样的顶面之间的间距和全光谱灯(1-2)的照射面和第一试样的顶面之间的间距相同。
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