CN114815931B - 一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法 - Google Patents

一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法，包括步骤：一、制作飞机构件模拟件并确定待加热区、以及加热器与飞机构件模拟件之间的加热距离；二、安装待加热试验件、热电偶、热流计和加热器；三、地面热试验中获取初始温度时间曲线函数和初始电压时间曲线函数；四、外推出试验全温度环境下的最终温度时间曲线函数和最终电压时间曲线函数；五、连续的对真实的飞机构件进行极端高温环境下的热试验。本发明通过对加热过程进行实时记录并采用趋势外推法补充极端高温环境下的温度随时间变化的参数、以及电压随时间变化的参数，通过温度曲线与电压曲线同时运行，可有效避免热试验因温度信号丢失带来的热试验意外终止。

Description

一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法
技术领域
本发明属于飞机构件热试验温度控制技术领域，具体涉及一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法。
背景技术
飞行器在高速飞行过程中由于表面剧烈的气动摩擦而引起温度的升高，严重的会造成结构承载能力、隔热性能等的下降，极大地威胁着飞行器的安全飞行。地面热试验技术就是通过在地面以试验的方式来模拟飞行器在飞行过程中所承受的气动热对结构的影响，来帮助工程师对飞行器结构进行设计、分析、验证等工作。随着飞行器的速度越来越高，其表面所承受的气动加热效应也越来越强，其表面的温度也越来越高，达到1000摄氏度以上的极端高温值。热试验常用的温度采集器一般为热电偶，在极端高温环境中，热电偶的使用环境较为恶劣，长时间工作在高温中极其容易损坏，造成传感器失效，控制反馈丢失，试验无法继续进行，最终导致试验中止。通常热试验一般不能中断也不能重复，因此在进行极端高温环境下的热试验时，急需相应的手段来保证热试验的顺利进行，确保试验一次成功。
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，提供一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法，通过对加热过程进行实时记录，得到温度随时间变化的初始温度时间曲线函数和电压随时间变化的初始电压时间曲线函数，采用趋势外推法补充极端高温环境下的温度随时间变化的参数、以及电压随时间变化的参数，获取试验全温度环境下温度随时间变化的最终温度时间曲线函数和电压随时间变化的最终电压时间曲线函数，在实际试验过程中进行温度曲线与电压曲线同时运行，并实时判断热电偶是否烧毁，根据最终电压时间曲线函数继续连续的对真实的飞机构件进行极端高温环境下的热试验，可有效避免热试验因温度信号丢失带来的热试验意外终止，极大地提高了试验的可靠性，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、制作飞机构件模拟件并确定飞机构件模拟件上的待加热区，所述飞机构件模拟件与实际的飞机构件的形状和材质一致，利用Ansys的thermal模块对飞机构件模拟件进行温度场分析，依据飞机构件模拟件的热流密度和温度要求，得到飞机构件模拟件上的待加热区、以及加热器与飞机构件模拟件之间的加热距离；
步骤二、在飞机构件模拟件上的待加热区上开槽，并在槽中安装待加热试验件，所述待加热试验件的形状与槽的形状一致，所述待加热试验件的材质与实际的加热试验件的材质一致；
在待加热试验件上安装热电偶和热流计；
根据步骤一中确定的加热器与飞机构件模拟件之间的加热距离，在待加热试验件正前方安装加热器；
步骤三、启动加热器，对待加热试验件进行地面热试验，获取待加热试验件表面温度稳定在设计温度值时的热流密度值，并记录温度变化时间，所述设计温度值为100℃～1000℃，拟合出温度随时间变化的初始温度时间曲线函数；
同步利用电压采集器采集加热器的实时电压值，并记录电压变化时间，拟合出电压随时间变化的初始电压时间曲线函数；
步骤四、采用趋势外推法扩展极端高温环境下的温度随时间变化的参数、以及电压随时间变化的参数，获取试验全温度环境下温度随时间变化的最终温度时间曲线函数和电压随时间变化的最终电压时间曲线函数；
极端高温值为1000℃～1500℃；
步骤五、根据初始温度时间曲线函数和初始电压时间曲线函数对真实的飞机构件进行热试验，利用热试验系统中的热电偶实时采集真实的飞机构件加热区的温度值，随着温度的不断升高，热试验温度进入极端高温环境后，热试验系统中的热电偶实时采集到的温度值波动超过阈值、或显示满量程或显示为0时，均认为热试验系统中的热电偶烧毁；
此时以试验时间为衔接点，根据最终电压时间曲线函数继续连续的对真实的飞机构件进行极端高温环境下的热试验，直至试验结束。
上述的一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法，其特征在于：所述加热器由控制器控制，热电偶、热流计和电压采集器均与控制器连接。
上述的一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法，其特征在于：步骤三中，利用计时器记录温度变化时间，控制器拟合出温度随时间变化的初始温度时间曲线函数，并存储在存储器中，所述计时器和存储器均与控制器连接；
利用计时器同步的记录电压变化时间，控制器拟合出电压随时间变化的初始电压时间曲线函数。
上述的一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法，其特征在于：步骤五中，将热试验系统中的热电偶的信号输出与控制器连接；
根据步骤一中确定的加热器与飞机构件模拟件之间的加热距离，在真实的飞机构件正前方安装加热器，利用加热器对真实的飞机构件进行热试验加热；
热试验系统中的热电偶实时采集真实的飞机构件加热区的温度值并传输至控制器中，控制器根据初始温度时间曲线函数和初始电压时间曲线函数对真实的飞机构件进行热试验，随着温度的不断升高，热试验温度进入极端高温环境后，热试验系统中的热电偶实时采集到的温度值波动超过阈值、或显示满量程或显示为0时，均认为热试验系统中的热电偶烧毁；
此时控制器以试验时间为衔接点，根据最终电压时间曲线函数继续连续的对真实的飞机构件进行极端高温环境下的热试验，直至试验结束。
上述的一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法，其特征在于：所述控制器为计算机。
本发明的有益效果是，在飞机构件模拟件上的待加热区上开槽，并在槽中安装待加热试验件，待加热试验件的形状与槽的形状一致，待加热试验件的材质与实际的加热试验件的材质一致，保证地面热试验数据获取精准，通过对加热过程进行实时记录，得到温度随时间变化的初始温度时间曲线函数和电压随时间变化的初始电压时间曲线函数，采用趋势外推法补充极端高温环境下的温度随时间变化的参数、以及电压随时间变化的参数，获取试验全温度环境下温度随时间变化的最终温度时间曲线函数和电压随时间变化的最终电压时间曲线函数，在实际试验过程中进行温度曲线与电压曲线同时运行，并实时判断热电偶是否烧毁，根据最终电压时间曲线函数继续连续的对真实的飞机构件进行极端高温环境下的热试验，可有效避免热试验因温度信号丢失带来的热试验意外终止，极大地提高了试验的可靠性，便于推广使用。
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为本发明采用的数据传输设备的电路原理框图。
图2为本发明数据传输方法
图3为本发明的方法流程框图。
附图标记说明:
1—飞机构件模拟件； 2—待加热试验件； 3—热电偶；
4—热流计； 5—加热器； 6—控制器；
7—电压采集器； 8—计时器； 9—存储器。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明的一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法，包括以下步骤：
步骤一、制作飞机构件模拟件1并确定飞机构件模拟件1上的待加热区，所述飞机构件模拟件1与实际的飞机构件的形状和材质一致，利用Ansys的thermal模块对飞机构件模拟件1进行温度场分析，依据飞机构件模拟件1的热流密度和温度要求，得到飞机构件模拟件1上的待加热区、以及加热器5与飞机构件模拟件1之间的加热距离；
步骤二、在飞机构件模拟件1上的待加热区上开槽，并在槽中安装待加热试验件2，所述待加热试验件2的形状与槽的形状一致，所述待加热试验件2的材质与实际的加热试验件的材质一致；
在待加热试验件2上安装热电偶3和热流计4；
根据步骤一中确定的加热器5与飞机构件模拟件1之间的加热距离，在待加热试验件2正前方安装加热器5；
步骤三、启动加热器5，对待加热试验件2进行地面热试验，获取待加热试验件2表面温度稳定在设计温度值时的热流密度值，并记录温度变化时间，所述设计温度值为100℃～1000℃，拟合出温度随时间变化的初始温度时间曲线函数；
同步利用电压采集器7采集加热器5的实时电压值，并记录电压变化时间，拟合出电压随时间变化的初始电压时间曲线函数；
步骤四、采用趋势外推法扩展极端高温环境下的温度随时间变化的参数、以及电压随时间变化的参数，获取试验全温度环境下温度随时间变化的最终温度时间曲线函数和电压随时间变化的最终电压时间曲线函数；
极端高温值为1000℃～1500℃；
步骤五、根据初始温度时间曲线函数和初始电压时间曲线函数对真实的飞机构件进行热试验，利用热试验系统中的热电偶实时采集真实的飞机构件加热区的温度值，随着温度的不断升高，热试验温度进入极端高温环境后，热试验系统中的热电偶实时采集到的温度值波动超过阈值、或显示满量程或显示为0时，均认为热试验系统中的热电偶烧毁；
此时以试验时间为衔接点，根据最终电压时间曲线函数继续连续的对真实的飞机构件进行极端高温环境下的热试验，直至试验结束。
本实施例中，所述加热器5由控制器6控制，热电偶3、热流计4和电压采集器7均与控制器6连接。
本实施例中，步骤三中，利用计时器8记录温度变化时间，控制器6拟合出温度随时间变化的初始温度时间曲线函数，并存储在存储器9中，所述计时器8和存储器9均与控制器6连接；
利用计时器8同步的记录电压变化时间，控制器6拟合出电压随时间变化的初始电压时间曲线函数。
本实施例中，步骤五中，将热试验系统中的热电偶的信号输出与控制器6连接；
根据步骤一中确定的加热器5与飞机构件模拟件1之间的加热距离，在真实的飞机构件正前方安装加热器5，利用加热器5对真实的飞机构件进行热试验加热；
热试验系统中的热电偶实时采集真实的飞机构件加热区的温度值并传输至控制器6中，控制器6根据初始温度时间曲线函数和初始电压时间曲线函数对真实的飞机构件进行热试验，随着温度的不断升高，热试验温度进入极端高温环境后，热试验系统中的热电偶实时采集到的温度值波动超过阈值、或显示满量程或显示为0时，均认为热试验系统中的热电偶烧毁；
此时控制器6以试验时间为衔接点，根据最终电压时间曲线函数继续连续的对真实的飞机构件进行极端高温环境下的热试验，直至试验结束。
本实施例中，所述控制器6为计算机。
本发明使用时，在飞机构件模拟件上的待加热区上开槽，并在槽中安装待加热试验件，待加热试验件的形状与槽的形状一致，待加热试验件的材质与实际的加热试验件的材质一致，保证地面热试验数据获取精准，通过对加热过程进行实时记录，得到温度随时间变化的初始温度时间曲线函数和电压随时间变化的初始电压时间曲线函数，采用趋势外推法补充极端高温环境下的温度随时间变化的参数、以及电压随时间变化的参数，获取试验全温度环境下温度随时间变化的最终温度时间曲线函数和电压随时间变化的最终电压时间曲线函数，在实际试验过程中进行温度曲线与电压曲线同时运行，并实时判断热电偶是否烧毁，根据最终电压时间曲线函数继续连续的对真实的飞机构件进行极端高温环境下的热试验，可有效避免热试验因温度信号丢失带来的热试验意外终止，极大地提高了试验的可靠性，确保试验一次成功。
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 (5)

1.一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、制作飞机构件模拟件（1）并确定飞机构件模拟件（1）上的待加热区，所述飞机构件模拟件（1）与实际的飞机构件的形状和材质一致，利用Ansys的thermal模块对飞机构件模拟件（1）进行温度场分析，依据飞机构件模拟件（1）的热流密度和温度要求，得到飞机构件模拟件（1）上的待加热区、以及加热器（5）与飞机构件模拟件（1）之间的加热距离；
步骤二、在飞机构件模拟件（1）上的待加热区上开槽，并在槽中安装待加热试验件（2），所述待加热试验件（2）的形状与槽的形状一致，所述待加热试验件（2）的材质与实际的加热试验件的材质一致；
在待加热试验件（2）上安装热电偶（3）和热流计（4）；
根据步骤一中确定的加热器（5）与飞机构件模拟件（1）之间的加热距离，在待加热试验件（2）正前方安装加热器（5）；
步骤三、启动加热器（5），对待加热试验件（2）进行地面热试验，获取待加热试验件（2）表面温度稳定在设计温度值时的热流密度值，并记录温度变化时间，所述设计温度值为100℃～1000℃，拟合出温度随时间变化的初始温度时间曲线函数；
同步利用电压采集器（7）采集加热器（5）的实时电压值，并记录电压变化时间，拟合出电压随时间变化的初始电压时间曲线函数；
步骤四、采用趋势外推法扩展极端高温环境下的温度随时间变化的参数、以及电压随时间变化的参数，获取试验全温度环境下温度随时间变化的最终温度时间曲线函数和电压随时间变化的最终电压时间曲线函数；
极端高温值为1000℃～1500℃；
步骤五、根据初始温度时间曲线函数和初始电压时间曲线函数对真实的飞机构件进行热试验，利用热试验系统中的热电偶实时采集真实的飞机构件加热区的温度值，随着温度的不断升高，热试验温度进入极端高温环境后，热试验系统中的热电偶实时采集到的温度值波动超过阈值、或显示满量程或显示为0时，均认为热试验系统中的热电偶烧毁；
此时以试验时间为衔接点，根据最终电压时间曲线函数继续连续的对真实的飞机构件进行极端高温环境下的热试验，直至试验结束。
2.按照权利要求1所述的一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法，其特征在于：所述加热器（5）由控制器（6）控制，热电偶（3）、热流计（4）和电压采集器（7）均与控制器（6）连接。
3.按照权利要求2所述的一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法，其特征在于：步骤三中，利用计时器（8）记录温度变化时间，控制器（6）拟合出温度随时间变化的初始温度时间曲线函数，并存储在存储器（9）中，所述计时器（8）和存储器（9）均与控制器（6）连接；
利用计时器（8）同步的记录电压变化时间，控制器（6）拟合出电压随时间变化的初始电压时间曲线函数。
4.按照权利要求2所述的一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法，其特征在于：步骤五中，将热试验系统中的热电偶的信号输出与控制器（6）连接；
根据步骤一中确定的加热器（5）与飞机构件模拟件（1）之间的加热距离，在真实的飞机构件正前方安装加热器（5），利用加热器（5）对真实的飞机构件进行热试验加热；
热试验系统中的热电偶实时采集真实的飞机构件加热区的温度值并传输至控制器（6）中，控制器（6）根据初始温度时间曲线函数和初始电压时间曲线函数对真实的飞机构件进行热试验，随着温度的不断升高，热试验温度进入极端高温环境后，热试验系统中的热电偶实时采集到的温度值波动超过阈值、或显示满量程或显示为0时，均认为热试验系统中的热电偶烧毁；
此时控制器（6）以试验时间为衔接点，根据最终电压时间曲线函数继续连续的对真实的飞机构件进行极端高温环境下的热试验，直至试验结束。
5.按照权利要求2所述的一种极端高温环境下飞机构件热试验温度控制方法，其特征在于：所述控制器（6）为计算机。
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