CN114324733A - 一种烧蚀试验热流自动调节系统及方法 - Google Patents

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陆德炜
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Abstract

一种烧蚀试验热流自动调节系统及方法,包括热源(氧‑乙炔焰、等离子射流等)及试样精确移位系统,试样精确移位系统由步进电机(或伺服电机)驱动,通过PLC(可编程序控制器)控制其行程,PLC连接测试电脑,测试电脑输入试样行程;开启热源,待稳定后,用热流密度测定装置(热流传感器)标定不同烧蚀距离下的热流密度值;根据试验要求的热流曲线,设定试样行程,实现自动调节试验热流。

Description

一种烧蚀试验热流自动调节系统及方法
技术领域
本发明涉及一种烧蚀试验热流自动调节系统及方法,属于材料性能测试领域,适用于飞行器热防护结构材料烧蚀试验。
背景技术
烧蚀是宇航产品热防护的重要手段。无论是运载火箭底部热防护结构,还是穿越大气层的高超声速飞行器外防热涂层,都是通过材料的烧蚀,达到热防护的目的。地面烧蚀试验是验证结构材料热防护性能的主要手段。目前普遍采用的烧蚀试验方法有:氧-乙炔烧蚀、等离子烧蚀、电弧风洞烧蚀等。其中的氧-乙炔烧蚀,由于其试验设备相对简单,试验费用低廉,试验周期短等特点,被广泛采用。
随着产品设计水平的提高,对热防护材料烧蚀性能验证试验的要求更加细化、量化。例如运载火箭的底部防热裙材料的烧蚀试验,要求根据实际工况的热流大小进行烧蚀,如图2所示,在整个工作过程中,热流密度需要在不同值之间进行切换,且烧蚀时间要持续整个工作过程。烧蚀试验中,热流调节是试验有效性的关键和难点。传统的改变热源输出调节热流方法,会引起热流不稳,热流密度值响应时间不确定,与设计的热流曲线符合性差,造成试样烧蚀不足或过度烧蚀,不能代表产品真实工作状况。
发明内容
本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提供了一种烧蚀试验热流自动调节系统及方法,保证热环境模拟精度。
本发明的技术解决方案是:
一种烧蚀试验热流自动调节系统,包括:热源、试样精确移位系统以及控制系统,热源在烧蚀台上固定不动,在烧蚀过程中,在控制系统的控制下,烧蚀试样通过试样精确移位系统自动改变与热源之间的直线距离,实现自动调节烧蚀热流。
进一步的,所述热源采用氧-乙炔焰或者等离子射流。
进一步的,试样精确移位系统包括:XY十字工作平台、驱动电机;控制系统包括可编程序控制器PLC以及测试电脑;
烧蚀试样安装在XY十字工作平台上,驱动电机包括X向和Y向两个,分别用于驱动XY十字工作平台沿平面上的X方向和Y方向移动;测试电脑发送控制指令和控制参数给可编程序控制器PLC,通过可编程序控制器PLC控制驱动电机工作。
进一步的,平面上的X方向和Y方向互相垂直,X方向即为XY十字工作平台与热源之间连线的方向。
进一步的,热源固定在烧蚀台上,试样烧蚀过程中,热源输出参数保持稳定。
进一步的,通过可编程序控制器PLC自动控制驱动电机工作,进而改变烧蚀试样与热源之间的直线距离,即烧蚀距离,实现自动调节烧蚀热流。
进一步的,本发明还提出一种烧蚀试验热流自动调节方法,步骤如下:
步骤一、开启热源,适当调节热源参数,待热流稳定后,用热流传感器标定不同烧蚀距离的热流密度值,得到烧蚀距离—热流密度曲线;
步骤二、根据试验要求的热流密度-时间曲线以及步骤一标定得到的烧蚀距离—热流密度曲线,得到试样烧蚀过程中的烧蚀距离随时间变化的进程,并通过测试电脑输入;
步骤三、安装烧蚀试样,开通冷却水,点燃热源,待热源输出参数恒定到标定状态后,启动试样精确移位系统,烧蚀试样进入烧蚀位置,根据测试电脑输入的烧蚀距离随时间变化的进程,完成烧蚀试验,达到烧蚀热流自动调节的目的。
进一步的,所述冷却水设置在热源周围以及烧蚀试样周围,用于冷却。
本发明与现有技术相比的有益效果是:
(1)本发明通过自动调节烧蚀试验热流,极大地提高了烧蚀试验热环境的模拟精度,避免了用手动调节烧蚀热流引起的热环境不稳定问题;
(2)本发明采用改变烧蚀距离达到改变热流密度值的方法,增加了烧蚀试验过程中热流的可调范围;
(3)本发明自动调节烧蚀试验热流,减少了人为操作因素,既提高了试验的客观性,又改善了人员的操作舒适性。
附图说明
图1为本发明装置组成示意图;
图2为某火箭助推器底部热流条件示意图;
图3为烧蚀距离—热流密度关系曲线;
图中标号:1.热源;2.XY十字工作平台;3.烧蚀试样;4.驱动电机;5.可编程序控制器(PLC);6.测试电脑。
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进一步的详细描述。
本发明采用的装置为热源固定,烧蚀试样根据热流需要,自动进行移位,以期达到自动调节试验热流的目的。
如图1所示,本发明提出一种烧蚀试验热流自动调节系统,包括:热源、试样精确移位系统以及控制系统,热源在烧蚀台上固定不动,在烧蚀过程中,在控制系统的控制下,烧蚀试样通过试样精确移位系统自动改变与热源之间的直线距离,实现自动调节烧蚀热流。
优选的,所述热源采用氧-乙炔焰或者等离子射流。
如图1所示,试样精确移位系统包括:XY十字工作平台、驱动电机;控制系统包括可编程序控制器PLC以及测试电脑;
烧蚀试样安装在XY十字工作平台上,驱动电机包括X向和Y向两个,分别用于驱动XY十字工作平台沿平面上的X方向和Y方向移动;测试电脑发送控制指令和控制参数给可编程序控制器PLC,通过可编程序控制器PLC控制驱动电机工作。
平面上的X方向和Y方向互相垂直,X方向即为XY十字工作平台与热源之间连线的方向。
热源固定在烧蚀台上,试样烧蚀过程中,热源输出参数保持稳定。通过可编程序控制器PLC自动控制驱动电机工作,进而改变烧蚀试样与热源之间的直线距离,即烧蚀距离,实现自动调节烧蚀热流。
本发明提出的烧蚀试验热流自动调节方法,步骤如下:
步骤一、开启热源,适当调节热源参数,待热流稳定后,用热流传感器标定不同烧蚀距离的热流密度值,得到烧蚀距离—热流密度曲线,如图3所示;热流密度值范围覆盖试验要求的热流值。
步骤二、根据试验要求的热流密度-时间曲线,如图2所示,以及步骤一标定得到的烧蚀距离—热流密度曲线,找出相应的热流值所对应的烧蚀距离,得到试样烧蚀过程中的烧蚀距离随时间变化的进程,并通过测试电脑输入;
步骤三、安装烧蚀试样,开通冷却水,点燃热源,待热源输出参数恒定到标定状态后,启动试样精确移位系统,烧蚀试样进入烧蚀位置,根据测试电脑输入的烧蚀距离随时间变化的进程,完成烧蚀试验,达到烧蚀热流自动调节的目的。所述冷却水设置在热源周围以及烧蚀试样周围,用于冷却。
本发明通过自动调节烧蚀试验热流,极大地提高了烧蚀试验热环境的模拟精度,避免了用手动调节烧蚀热流引起的热环境不稳定问题。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (8)

1.一种烧蚀试验热流自动调节系统,其特征在于包括:热源、试样精确移位系统以及控制系统,热源在烧蚀台上固定不动,在烧蚀过程中,在控制系统的控制下,烧蚀试样通过试样精确移位系统自动改变与热源之间的直线距离,实现自动调节烧蚀热流。
2.根据权利要求1所述的一种烧蚀试验热流自动调节系统,其特征在于:所述热源采用氧-乙炔焰或者等离子射流。
3.根据权利要求1所述的一种烧蚀试验热流自动调节系统,其特征在于:试样精确移位系统包括:XY十字工作平台、驱动电机;控制系统包括可编程序控制器PLC以及测试电脑;
烧蚀试样安装在XY十字工作平台上,驱动电机包括X向和Y向两个,分别用于驱动XY十字工作平台沿平面上的X方向和Y方向移动;测试电脑发送控制指令和控制参数给可编程序控制器PLC,通过可编程序控制器PLC控制驱动电机工作。
4.根据权利要求3所述的一种烧蚀试验热流自动调节系统,其特征在于:平面上的X方向和Y方向互相垂直,X方向即为XY十字工作平台与热源之间连线的方向。
5.根据权利要求1所述的一种烧蚀试验热流自动调节系统,其特征在于:热源固定在烧蚀台上,试样烧蚀过程中,热源输出参数保持稳定。
6.根据权利要求1所述的一种烧蚀试验热流自动调节系统,其特征在于:通过可编程序控制器PLC自动控制驱动电机工作,进而改变烧蚀试样与热源之间的直线距离,即烧蚀距离,实现自动调节烧蚀热流。
7.一种根据权利要求1~6中任一项所述的烧蚀试验热流自动调节系统实现的烧蚀试验热流自动调节方法,其特征在于步骤如下:
步骤一、开启热源,适当调节热源参数,待热流稳定后,用热流传感器标定不同烧蚀距离的热流密度值,得到烧蚀距离—热流密度曲线;
步骤二、根据试验要求的热流密度-时间曲线以及步骤一标定得到的烧蚀距离—热流密度曲线,得到试样烧蚀过程中的烧蚀距离随时间变化的进程,并通过测试电脑输入;
步骤三、安装烧蚀试样,开通冷却水,点燃热源,待热源输出参数恒定到标定状态后,启动试样精确移位系统,烧蚀试样进入烧蚀位置,根据测试电脑输入的烧蚀距离随时间变化的进程,完成烧蚀试验,达到烧蚀热流自动调节的目的。
8.根据权利要求7所述的烧蚀试验热流自动调节方法,其特征在于:所述冷却水设置在热源周围以及烧蚀试样周围,用于冷却。
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