CN114354131A - 一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统及其控制方法，涉及飞机测试技术领域。控制系统包括：全光谱光源控制柜、红外光源控制柜、全光谱光源、红外光源、全光谱光源调光器、红外光源调光器、辐射传感器、总控计算机、监控摄像头、供电模块。控制方法包括以下步骤：S1、太阳辐射试验参数设置；S2、根据参数对太阳辐射试验进行调整设置；S3、根据反馈调节子模块调整光源功率；S4、达到预设辐照强度目标值后，开始试验。本发明解决了目前太阳辐射试验中试验目标不同、试验环境条件不同的问题，具有拆装容易、能够同时满足不同实验目标对试验环境不同需求的优点。

Description

一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及飞机测试技术领域，具体是涉及一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统及其控制方法。

背景技术

太阳辐射测试试验是飞机气候环境实验室特殊环境模拟试验之一，用于模拟全状态飞机或装备在户外遭受的不同程度太阳辐射环境，主要考核其耐受太阳直接辐射产生的热效应的能力。

在大型飞机气候实验室进行太阳辐射测试试验时，由于不同装备进行试验的考核目标不尽相同，试验前需根据装备结构形式及试验环境条件，吊装相应的太阳辐射光源，而与之紧密关联的辐射度控制系统需要具备较高的控制精度，适用于多种试验条件的控制模式，以及如何在试验前后快速连接与拆除是亟待解决的问题。

发明内容

本发明创造的目的是设计一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统及其控制方法，用于在超大空间综合环境实验室内对飞机进行太阳辐射测试试验时，能够远程自动控制光源辐射度变化，并且模块化系统在试验前后可实现快速安装与拆除，同时保证整个试验过程的可靠和安全。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统，包括：

用于对飞机太阳辐射试验中全光谱光进行控制的可移动式全光谱光源控制柜，所述全光谱光源控制柜包括：第一PLC控制器，

用于对飞机太阳辐射试验中红外光进行控制的可移动式红外光源控制柜，所述红外光源控制柜包括：第二PLC控制器，

用于对飞机上削弱太阳光中红外线的部分进行照射的全光谱光源，所述全光谱光源搭载在飞机气候环境实验室内顶部且位于与飞机上削弱太阳光中红外线部分对应的位置上，全光谱光源包括：由一个全光谱光源灯架模块组成的全光谱光源灯架组，

用于对飞机上结构与颜色相近的考核面进行照射且模拟光热效应的红外光源，所述红外光源搭载在飞机气候环境实验室内顶部且位于与飞机上结构与颜色相近的考核面对应的位置上，红外光源包括：红外光源灯架组，所述红外光源灯架组由四个部署在飞机气候实验室内顶部的红外光源灯架模块组成，其中三个红外光源灯架模块之间以快速接头连接至第四个红外光源灯架模块后汇整为一个插座，

用于调节飞机太阳辐射试验中全光谱光强度的全光谱光源调光器，所述全光谱光源调光器与所述第一PLC控制器、所述全光谱光源电性连接，

用于调节飞机太阳辐射试验中红外光强度的红外光源调光器，所述红外光源调光器与所述第二PLC控制器、所述红外光源电性连接，

用于测量太阳辐射试验中飞机气候实验室内实际辐照强度且布设在飞机表面的辐射传感器，所述辐射传感器与所述第一PLC控制器、所述第二PLC控制器电性连接，

用于预设辐照强度目标值并控制全光谱光源调光器或/和红外光源调光器达到辐照强度目标值的总控计算机，所述总控计算机与所述第一PLC控制器、所述第二PLC控制器电性连接，所述总控计算机搭载的计算机程序包括：用于呈现各种故障报警信息并给出故障的处理措施以保证试验人员和试验设备安全的故障报警模块，用于根据辐射部位、各个辐射部位的预设辐照强度目标值、辐射时间自动控制全光谱光源、红外光源工作的自动控制模块，所述自动控制模块包括：用于根据各个辐射部位的预设辐照强度目标值计算所述全光谱光源、红外光源工作功率的功率计算子模块，用于根据所述辐射传感器作为实际辐照强度对所述全光谱光源、红外光源工作功率进行调节的反馈调节子模块，

部署在飞机气候环境实验室内四周且监控区域覆盖飞机表面的监控摄像头，

用于给控制系统进行供电的供电模块。

进一步地，全光谱光源灯架模块包括：数个灯箱，其中一个灯箱为抑制灯箱，全光谱光源辐照度控制模式为开灯数量和电源功率协同控制，使用功率因素>0.98(100%输出)的方波交变电源，在满足飞机太阳辐射测试试验标准要求的同时不对实验室电源产生多次偕波干扰。

进一步地，灯箱包括数个单光源，单光源功率在50%~100%范围内连续可调，辐照度在10W/m²~1300W/m²范围内连续可调，红外光源辐照度控制模式为可控硅(SCR)循环控制，在满足飞机太阳辐射试验标准要求的同时不对实验室电源产生多次偕波干扰。

进一步地，红外光源灯架模块包括数个灯箱，灯箱包括数个单光源，单光源为热辐射红外光源，其材质为黑体或者是通电碳化硅棒，单光源功率在0%~100%范围内连续可调，黑体辐射具有低功耗，高辐射率及使用寿命长的特点。

更进一步地，红外光源灯架模块和全光谱光源灯架模块的线缆耐热温度不低于120℃，满足太阳辐射试验所需高温的环境。

优选地，全光谱光源控制柜和红外光源控制柜分别加装有用于监控控制柜内部埠侧缆线温度的电缆温度警报器，当温度超过安全范围即断路，保证试验过程的安全。

优选地，总控计算机搭载的计算机程序还包括：预置有太阳辐射试验标准环境谱且能够对太阳辐射试验标准环境谱进行修改和自定义编制的辐射试验标准管理模块，辐射试验标准管理模块的判断标准能够根据太阳辐射试验需求而做出适应性修改。

优选地，总控计算机搭载的计算机程序还包括：用于远程手动控制全光谱光源、红外光源工作且根据监控摄像头拍摄画面及辐射传感器获取数值对全光谱光源、红外光源进行功率调控的手动控制模块，手动控制模块满足了特异性太阳辐射试验需求，使得控制系统的功能更加全面。

优选地，手动控制模块控制的最小单元为单一光源，能够做到灯源功率的细微调整，更加节约能源。

进一步优选地，辐射传感器布设的密度为1m²/个，反馈调节子模块获取的数据为辐射传感器获取值的平均值，能够更详细地表征出飞机气候实验室内辐射强度。

本发明还提供了一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S1、通过总控计算机的自动控制模块设定太阳辐射试验的辐射部位、各个辐射部位的预设辐照强度目标值、辐射时间；

S2、自动控制模块的功率计算子模块根据太阳辐射试验的辐射部位及各个辐射部位的预设辐照强度目标值，计算出对应全光谱光源、红外光源的工作功率，通过全光谱光源控制柜对全光谱光源的工作功率进行初步调整，通过红外光源控制柜对红外光源的工作功率进行初步调整；

S3、在全光谱光源、红外光源工作功率初步调整后，反馈调节子模块获取飞机气候实验室内飞机表面各个部位的辐射传感器获取辐射强度的平均值，并根据获取辐射强度控制全光谱光源控制柜对全光谱光源的工作功率进行再次调整，通过红外光源控制柜对红外光源的工作功率进行再次调整；

S4、直至飞机表面各个部位的辐射传感器获取辐射强度的平均值为各个辐射部位的预设辐照强度目标值时，不再调整全光谱光源、红外光源的工作功率，作为太阳辐射试验的开始，持续至辐射时间结束。

本发明的有益效果是：

（1）本发明在光源的设计上，采用了全光谱光源及红外光源，以满足飞机表面不同试验部位的不同太阳辐射环境需求，光源的模块化设计可实现控制系统的快速连接与拆除；

（2）控制模式可应用于不同结构装备同时进行太阳辐射试验，且自动控制模块能够同时对全光谱光源、红外光源辐射试验进行调节，既能做到对部分飞机表面进行太阳辐射试验，又能做到同时对不同飞机表面进行不同的太阳辐射试验，两种光源模块分区控制，检修维护方便、实用性强，且灯架上的光源模块控制装置质量轻，简化了吊装的难度。

附图说明

图1为实施例1的一种飞机气候环境实验室太阳辐射试验控制系统架构图；

图2为实施例6的总控计算机中计算机程序结构图；

图3为实施例1中的控制系统工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述……，但这些……不应限于这些术语。这些术语仅用来将……区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一……也可以被称为第二……，类似地，第二……也可以被称为第一……。

实施例1

本实施例为一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统，如图1所示，包括：

用于对飞机太阳辐射试验中全光谱光进行控制的可移动式全光谱光源控制柜，全光谱光源控制柜包括：第一PLC控制器，

用于对飞机太阳辐射试验中红外光进行控制的可移动式红外光源控制柜，红外光源控制柜包括：第二PLC控制器，

用于对飞机上削弱太阳光中红外线的部分进行照射的全光谱光源，全光谱光源搭载在飞机气候环境实验室内顶部且位于与飞机上削弱太阳光中红外线部分对应的位置上，全光谱光源辐照度控制模式为开灯数量和电源功率协同控制，使用功率因素>0.98(100%输出)的方波交变电源，

全光谱光源包括：由一个全光谱光源灯架模块组成的全光谱光源灯架组，全光谱光源辐照度在560W/m²～1120W/m²范围内连续可调，

全光谱光源灯架模块包括：七个灯箱，其中一个灯箱为抑制灯箱，灯箱包括数个单光源，单光源功率在50%~100%范围内连续可调，

用于对飞机上结构与颜色相近的考核面进行照射且模拟光热效应的红外光源，红外光源搭载在飞机气候环境实验室内顶部且位于与飞机上结构与颜色相近的考核面对应的位置上，红外光源辐照度控制模式为可控硅(SCR)循环控制，

红外光源包括：红外光源灯架组，红外光源灯架组由四个部署在飞机气候实验室内顶部的红外光源灯架模块组成，红外光源灯架模块包括数个灯箱，灯箱包括数个单光源，

单光源为热辐射红外光源，其材质为黑体或者是通电碳化硅棒，单光源功率在0%~100%范围内连续可调，其中三个红外光源灯架模块之间以快速接头连接至第四个红外光源灯架模块后汇整为一个插座，红外光源辐照度在10W/m²~1300W/m²范围内连续可调，

用于调节飞机太阳辐射试验中全光谱光强度的全光谱光源调光器，全光谱光源调光器与第一PLC控制器、全光谱光源电性连接，

用于调节飞机太阳辐射试验中红外光强度的红外光源调光器，红外光源调光器与第二PLC控制器、红外光源电性连接，

用于测量太阳辐射试验中飞机气候实验室内实际辐照强度且布设在飞机表面的辐射传感器，辐射传感器与第一PLC控制器、第二PLC控制器电性连接，

部署在飞机气候环境实验室内四周且监控区域覆盖飞机表面的监控摄像头，

用于给控制系统进行供电的供电模块，

用于预设辐照强度目标值并控制全光谱光源调光器或/和红外光源调光器达到辐照强度目标值的总控计算机，总控计算机与第一PLC控制器、第二PLC控制器电性连接，总控计算机搭载的计算机程序包括：

用于呈现各种故障报警信息并给出故障的处理措施以保证试验人员和试验设备安全的故障报警模块，

预置有太阳辐射试验标准环境谱且能够对太阳辐射试验标准环境谱进行修改和自定义编制的辐射试验标准管理模块，

用于根据辐射部位、各个辐射部位的预设辐照强度目标值、辐射时间自动控制全光谱光源、红外光源工作的自动控制模块，自动控制模块包括：用于根据各个辐射部位的预设辐照强度目标值计算全光谱光源、红外光源工作功率的功率计算子模块，用于根据辐射传感器作为实际辐照强度对全光谱光源、红外光源的工作功率进行调节的反馈调节子模块。

其中，红外光源灯架模块和全光谱光源灯架模块的线缆耐热温度为150℃。

实施例2

本实施例记载的是实施例1的控制系统的一种飞机测试用太阳辐射试验控制方法，如图3所示，包括以下步骤：

S1、通过总控计算机的自动控制模块设定太阳辐射试验的辐射部位、各个辐射部位的预设辐照强度目标值、辐射时间；

S2、自动控制模块的功率计算子模块根据太阳辐射试验的辐射部位及各个辐射部位的预设辐照强度目标值，计算出对应全光谱光源、红外光源的工作功率，通过全光谱光源控制柜对全光谱光源的工作功率进行初步调整，通过红外光源控制柜对红外光源的工作功率进行初步调整；

S3、在全光谱光源、红外光源的工作功率初步调整后，反馈调节子模块获取飞机气候实验室内飞机表面各个部位的辐射传感器获取辐射强度的平均值，并根据获取辐射强度控制全光谱光源控制柜对全光谱光源的工作功率进行再次调整，通过红外光源控制柜对红外光源的工作功率进行再次调整；

S4、直至飞机表面各个部位的辐射传感器获取辐射强度的平均值为各个辐射部位的预设辐照强度目标值时，不再调整全光谱光源、红外光源的工作功率，作为太阳辐射试验的开始，持续至辐射时间结束。

实施例3

本实施例记载的是实施例1的控制系统的一种应用场景所对应的控制方法，包括以下步骤：

S1、通过总控计算机的自动控制模块设定太阳辐射试验的辐射部位为飞机上削弱太阳光中红外线的部分，并对该部位采用全光谱光源进行照射，设定辐射部位的预设辐照强度目标值为1000W/m²，辐射时间为8h；

S2、自动控制模块的功率计算子模块根据太阳辐射试验的辐射部位及辐射部位的预设辐照强度目标值，计算出对应全光谱光源的工作功率，通过全光谱光源控制柜对全光谱光源的工作功率进行初步调整；

S3、在全光谱光源的工作功率初步调整后，反馈调节子模块获取飞机气候实验室内飞机上削弱太阳光中红外线部分的辐射传感器获取辐射强度的平均值，并根据获取辐射强度控制全光谱光源控制柜，对全光谱光源的工作功率进行再次调整；

S4、直至飞机表面各个部位的辐射传感器获取辐射强度的平均值为1000W/m²时，不再调整全光谱光源的工作功率，作为太阳辐射试验的开始，持续8h。

实施例4

本实施例记载的是实施例1的控制系统的一种应用场景所对应的控制方法，包括以下步骤：

S1、通过总控计算机的自动控制模块设定太阳辐射试验的辐射部位为飞机上结构与颜色相近的考核面，并对该部位采用红外光源进行照射，设定辐射部位的预设辐照强度目标值为1100W/m²，辐射时间为10h；

S2、自动控制模块的功率计算子模块根据太阳辐射试验的辐射部位及辐射部位的预设辐照强度目标值，计算出对应红外光源工作功率，通过红外光源控制柜对红外光源的工作功率进行初步调整；

S3、在红外光源的工作功率初步调整后，反馈调节子模块获取飞机气候实验室内飞机辐射部位的的辐射传感器获取辐射强度的平均值，并根据获取辐射强度控制红外光源控制柜，对红外光源的工作功率进行再次调整；

S4、直至飞机表面各个部位的辐射传感器获取辐射强度的平均值为1100W/m²时，不再调整红外光源的工作功率，作为太阳辐射试验的开始，持续10h。

实施例5

本实施例记载的是实施例1的控制系统的一种应用场景所对应的控制方法，包括以下步骤：

S1、通过总控计算机的自动控制模块设定太阳辐射试验的辐射部位分别为：飞机上削弱太阳光中红外线的部分、飞机上结构与颜色相近的考核面，其中，对飞机上削弱太阳光中红外线的部分采用全光谱光源进行辐射，辐射时间为8h，预设辐照强度值为1000W/m²，对飞机上结构与颜色相近的考核面采用红外光源进行辐射，辐射时间为10h，预设辐照强度值为1100W/m²；

S2、自动控制模块的功率计算子模块根据太阳辐射试验的辐射部位及各个辐射部位的预设辐照强度目标值，计算出对应全光谱光源和红外光源工作功率，通过全光谱光源控制柜对全光谱光源的工作功率进行初步调整，通过红外光源控制柜对红外光源的工作功率进行初步调整；

S3、在全光谱光源、红外光源的工作功率初步调整后，反馈调节子模块获取飞机气候实验室内飞机表面各个部位的辐射传感器获取辐射强度的平均值，并根据获取辐射强度控制全光谱光源控制柜对全光谱光源的工作功率进行再次调整，通过红外光源控制柜对红外光源的工作功率进行再次调整；

S4、直至飞机表面各个部位的辐射传感器获取辐射强度的平均值为各个辐射部位的预设辐照强度目标值时，不再调整全光谱光源、红外光源工作功率，作为太阳辐射试验的开始，持续至辐射时间结束。

实施例6

如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：

总控计算机搭载的计算机程序还包括：用于远程手动控制全光谱光源、红外光源工作且根据监控摄像头拍摄画面及辐射传感器获取数值对全光谱光源、红外光源进行功率调控的手动控制模块，手动控制模块控制的最小单元为单一光源。

实施例7

本实施例记载的是实施例6的控制系统的一种应用场景所对应的控制方法，包括以下步骤：

S1、通过总控计算机的手动控制模块选择太阳辐射试验的辐射部位，选择对应的辐射光源，设定控制光源的工作功率；

S2、通过监控摄像头查看飞机气候实验室内部太阳辐射情况，通过辐射传感器获取对应辐射部位实时的辐射强度；

S3、通过以上两方面数据对辐射光源的工作功率进行调整，达到希望的辐射强度，并持续至试验结束。

Claims (10)

1.一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统，其特征在于，包括：

用于对飞机太阳辐射试验中全光谱光进行控制的可移动式全光谱光源控制柜，所述全光谱光源控制柜包括：第一PLC控制器，

用于对飞机太阳辐射试验中红外光进行控制的可移动式红外光源控制柜，所述红外光源控制柜包括：第二PLC控制器，

用于对飞机上削弱太阳光中红外线的部分进行照射的全光谱光源，所述全光谱光源搭载在飞机气候环境实验室内顶部且位于与飞机上削弱太阳光中红外线部分对应的位置上，全光谱光源包括：由一个全光谱光源灯架模块组成的全光谱光源灯架组，

用于对飞机上结构与颜色相近的考核面进行照射且模拟光热效应的红外光源，所述红外光源搭载在飞机气候环境实验室内顶部且位于与飞机上结构与颜色相近的考核面对应的位置上，红外光源包括：红外光源灯架组，所述红外光源灯架组由四个部署在飞机气候实验室内顶部红外光源灯架模块组成，其中三个红外光源灯架模块之间以快速接头连接至第四个红外光源灯架模块后汇整为一个插座，

用于调节飞机太阳辐射试验中全光谱光强度的全光谱光源调光器，所述全光谱光源调光器与所述第一PLC控制器、所述全光谱光源电性连接，

用于调节飞机太阳辐射试验中红外光强度的红外光源调光器，所述红外光源调光器与所述第二PLC控制器、所述红外光源电性连接，

用于测量太阳辐射试验中飞机气候实验室内实际辐照强度且布设在飞机表面的辐射传感器，所述辐射传感器与所述第一PLC控制器、所述第二PLC控制器电性连接，

用于预设辐照强度目标值并控制全光谱光源调光器或/和红外光源调光器达到辐照强度目标值的总控计算机，所述总控计算机与所述第一PLC控制器、所述第二PLC控制器电性连接，所述总控计算机搭载的计算机程序包括：用于呈现各种故障报警信息并给出故障的处理措施以保证试验人员和试验设备安全的故障报警模块，用于根据辐射部位、各个辐射部位的预设辐照强度目标值、辐射时间自动控制全光谱光源、红外光源工作的自动控制模块，所述自动控制模块包括：用于根据各个辐射部位的预设辐照强度目标值计算所述全光谱光源、红外光源工作功率的功率计算子模块，用于根据所述辐射传感器作为实际辐照强度对所述全光谱光源、红外光源工作功率进行调节的反馈调节子模块，

部署在飞机气候环境实验室内四周且监控区域覆盖飞机表面的监控摄像头，

用于给控制系统进行供电的供电模块。

2.如权利要求1所述的一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统，其特征在于，所述全光谱光源灯架模块包括：数个灯箱，其中一个所述灯箱为抑制灯箱。

3.如权利要求2所述的一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统，其特征在于，所述灯箱包括数个单光源，所述单光源功率在50%~100%范围内连续可调。

4.如权利要求1所述的一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统，其特征在于，所述红外光源灯架模块包括数个灯箱，所述灯箱包括数个单光源，所述单光源为热辐射红外光源，其材质为黑体或者是通电碳化硅棒，单光源功率在0%~100%范围内连续可调。

5.如权利要求1所述的一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统，其特征在于，所述红外光源灯架模块和所述全光谱光源灯架模块的线缆耐热温度不低于120℃。

6.如权利要求1所述的一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统，其特征在于，所述全光谱光源控制柜和所述红外光源控制柜分别加装有用于监控控制柜内部埠侧缆线温度的电缆温度警报器。

7.如权利要求1所述的一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统，其特征在于，所述总控计算机搭载的计算机程序还包括：预置有太阳辐射试验标准环境谱且能够对所述太阳辐射试验标准环境谱进行修改和自定义编制的辐射试验标准管理模块。

8.如权利要求1所述的一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统，其特征在于，所述总控计算机搭载的计算机程序还包括：用于远程手动控制全光谱光源、红外光源工作且根据所述监控摄像头拍摄画面及所述辐射传感器获取数值对全光谱光源、红外光源进行功率调控的手动控制模块。

9.如权利要求8所述的一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统，其特征在于，所述手动控制模块控制的最小单元为单一光源。

10.一种飞机测试用太阳辐射试验控制方法，基于权利要求1-9中任意一项所述的一种飞机测试用太阳辐射试验控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过总控计算机的自动控制模块设定太阳辐射试验的辐射部位、各个辐射部位的预设辐照强度目标值、辐射时间；

S2、自动控制模块的功率计算子模块根据太阳辐射试验的辐射部位及各个辐射部位的预设辐照强度目标值，计算出对应全光谱光源、红外光源的工作功率，通过全光谱光源控制柜对全光谱光源的工作功率进行初步调整，通过红外光源控制柜对红外光源的工作功率进行初步调整；

S3、在全光谱光源、红外光源的工作功率初步调整后，反馈调节子模块获取飞机气候实验室内飞机表面各个部位的辐射传感器获取辐射强度的平均值，并根据获取辐射强度控制全光谱光源控制柜对全光谱光源的工作功率进行再次调整，通过红外光源控制柜对红外光源的工作功率进行再次调整；

S4、直至飞机表面各个部位的辐射传感器获取辐射强度的平均值为各个辐射部位的预设辐照强度目标值时，不再调整全光谱光源、红外光源的工作功率，作为太阳辐射试验的开始，持续至辐射时间结束。

Images