CN115308167B - 航空发动机红外光谱辐射计大气透过率实时测试计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种航空发动机红外光谱辐射计大气透过率实时测试计算方法,包括以下步骤:步骤一、确定测试系统的空间布局方式,提供测试场地的大气透过率测试系统放置位置及测试路线;步骤二、分别对光谱辐射计进行高低温校准;以面源黑体炉为目标,采集距离3米以内的数据,并采集相应发动机目标测试距离的数据;步骤三、通过步骤二中的结果获取大气透过率的测试值,通过仿真软件获取大气透过率的计算值,将大气透过率的测试值与大气透过率的计算值进行比较,以判断大气透过率的测试值的有效性。本发明能够有效、可靠的为测试大气透过率提供合适的方法,为试验数据的准确性提供保障。
Description
技术领域
本说明书涉及航空发动机技术领域,具体涉及一种航空发动机红外光谱辐射计大气透过率实时测试计算方法。
背景技术
目标(发动机)红外辐射通过大气传输到红外探测器,传输过程受到大气中各种因素(CO2、H2O等气体的吸收;气溶胶、微粒的散射;云、雾、雨、雪等的衰减)影响而衰减。大气对目标红外辐射的衰减程度用大气透过率来衡量,大气透过率是影响目标红外辐射强度测量精度的重要因素,通过实时测试大气透过率,得到当前气象条件的大气透过率用来修正目标的红外辐射强度。
大气透过率的测试方法为两点校准两点充满视场测试方法,测量距离与发动机红外隐身目标测量距离一致。实验采用红外光谱辐射计作为采集设备,大气透过率测试目标为一台面源黑体炉,通过软件采集稳定的温度状态的光谱辐射数值,并利用数据计算软件对采集到的试验数据进行处理。大气透过率测量过程中需要记录数据采集时刻的大气温度、湿度、能见度、天气状况等气象参数。
发明内容
有鉴于此,本说明书实施例提供一种航空发动机红外光谱辐射计大气透过率实时测试计算方法,以提高红外隐身试验测试数据准确性的的目的。
本发明的技术方案是:一种航空发动机红外光谱辐射计大气透过率实时测试计算方法,包括以下步骤:步骤一、确定测试系统的空间布局方式,提供测试场地的大气透过率测试系统放置位置及测试路线;步骤二、分别对光谱辐射计进行高低温校准;以面源黑体炉为目标,采集距离3米以内的数据,并采集相应发动机目标测试距离的数据;步骤三、通过步骤二中的结果获取大气透过率的测试值,通过仿真软件获取大气透过率的计算值,将大气透过率的测试值与大气透过率的计算值进行比较,以判断大气透过率的测试值的有效性。
进一步地,步骤一包括:
选定面源黑体炉的放置位置以及放置角度;
面源黑体炉的辐射面源垂直于地面,将面源黑体炉的辐射面源的投影线定义为0°,利用全站仪沿着与投影线夹角成90°的测试区域方向分别测量相应距离的测点及该测点位置与面源黑体炉中心的高度差,并进行测绘标记。
进一步地,步骤二包括:
根据面源黑体炉辐射面源的尺寸、测量距离调整红外光谱辐射计的光圈或者视场角,使得大面源黑体充满红外光谱辐射计的视场,并使测量距离、视场角、面源黑体尺寸三者之间的关系满足公式Lα<D,其中L为测量距离,α为视场角、D为面源黑体炉辐射面源的最大内切圆的直径。
进一步地,步骤二还包括:
发动机开动之前,将面源黑体炉温度设定至T,待温度稳定后,打开红外光谱辐射计以及采集软件,将红外光谱辐射计放置于距离面源黑体炉3m内处并法向对准面源黑体炉,调整红外光谱辐射计的增益、光圈、分辨率、滤光片透过率,获取不饱和情况下的最大辐射值,并使用软件测量距离面源黑体炉3m处的辐射值E0。
进一步地,步骤二还包括:
保持光学参数不变,将光谱辐射计放置于预先测绘的测点,使得镜头中心的正下方地面与预先测绘的测点位置保持重合;
通过电动云台调整红外光谱辐射计的镜头高度,使得镜头中心的高度与面源黑体的中心高度保持一致;
通过电动云台调整红外光谱辐射计的俯仰角、方位角,使得当前红外光谱辐射计的视场能够充满面源黑体表面;
通过电动云台微调红外光谱辐射计的俯仰角、方位角、高度、水平位置参数,使得面源黑体炉法向垂直于红外光谱辐射计镜头表面,此时,红外光谱辐射计能够获取大面源黑体的辐射最大值EA,分别设定面源黑体炉的温度为TH和TL并进行高低温校准,分别采集对应的能量值EH和EL,使得EH>EO>EA>EL。
进一步地,步骤二还包括:
设定采集温度并待温度稳定,采集距离面源黑体炉3m内处的数据,将红外光谱辐射计放置于相应发动机目标测试距离的测点,通过电动云台调整外光谱辐射计的镜头视场的俯仰角度、高度和方位角,使得面源黑体充满光谱辐射计的视场并采集最大辐射值;
发动机开动期间,在不同的稳定状态,分别采集相应测点距离处的数据,同时记录此时的地理位置、气象条件,温度、湿度、能见度、云以及太阳的状况。
进一步地,步骤三具体为:
使用软件提取各个状态数据库的光谱辐射亮度数据,并导出,使用数据处理软件提取光谱辐射亮度数据指定波段对应的近距离处的光谱辐射亮度L0和远距离处的光谱辐射亮度LA,使用计算公式τ=LA/L0得出光谱大气透过率测试值和平均大气透过率测试值。
利用大气透过率计算软件计算相应距离的大气透过率计算值,并与光谱大气透过率测试值进行比较。
与现有技术相比,本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括:本发明能够有效、可靠的为测试大气透过率提供合适的方法,为试验数据的准确性提供保障,并且通过该方法还可以对得到的测试数据处理,最终获得指定波段的光谱大气透过率、平均大气透过率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例的流程原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
本发明实施例为了实现准确茯取航空发动机红外辐射特性数据,使用大气透过率对目标数据进行修正,本发明搭建了一套完整的大气透过率测试系统,确定了测试系统的空间布局方式,设计了一种适用于红外光谱辐射计大气透过率实时测试方法及数据计算方法,大气透过率的测试方法为两点校准两点充满视场测试方法,并给出数据有效性判断方法。该方法能够有效、可靠的实现红外光谱辐射计对大气透过率的准确测量以及对试验数据进行可靠的计算处理。解决红外隐身试验测试数据准确性的难题。
具体地,该测试系统主要由面源黑体炉、红外光谱辐射计、电动云台、全站仪等组成。面源黑体炉提供需要的标准辐射能量;红外光谱辐射计获取被测对象的辐射能量;电动云台用于精准调整光谱辐射计的镜头方向;全站仪用于提前定位前三者的空间相对位置。
提供了测试场地的大气透过率测试系统放置位置及测量路线。首先确定面源黑体炉的放置位置以及角度,大面源黑体不能进入发动机目标红外辐射特性测试仪器的视场区域,尾喷流不能进入大气透过率测试仪器的视场区域。确保放置处地面平整,面源黑体炉辐射面源垂直于地面,将面源黑体炉辐射面源的投影线定义为0°,按照红外辐射原理可知在面源黑体炉法向处可测得最大红外辐射值,利用全站仪,沿着与该条线夹角成90°的测试区域方向分别测量相应距离的测点及该测点位置与面源黑体炉中心的高度差,并进行测绘标记。
本发明实施例提供了一种航空发动机红外光谱辐射计大气透过率实时测试计算方法,大气透过率的测试方法为两点校准两点充满视场测试方法。根据面源黑体炉辐射面源的尺寸、测量距离调整红外光谱辐射计的光圈或者视场角,使得大面源黑体充满红外光谱辐射计的视场,测量距离、视场角、大面源黑体尺寸等等三者之间的关系满足公式(1),其中L为测量距离,α为视场角、D为面源黑体炉辐射面源的最大内切圆的直径。
Lα<D(1)
发动机开动之前,设定面源黑体炉温度设定至T0(根据环境温度及仪器的饱和度可调整)。待温度稳定,打开光谱辐射计以及采集软件,将红外光谱辐射计放置于距离面源黑体炉的近距离处(<3m)并法向对准面源黑体炉,调整红外光谱辐射计的增益、光圈、分辦率、滤光片透过率等光学参数,获取不饱和情况下的最大辐射值,使用软件测量近距离处(小于3m)的辐射值E0;保持光学参数不变,将光谱辐射计放置于本次目标测量的距离A处(预先测绘的测点),使得镜头中心的正下方地面与测点位置保持重合;通过电动云台调整红外光谱辐射计的镜头高度,使得镜头中心的高度与大面源黑体的中心高度保持一致;通过电动云台调整红外光谱辐射计的俯仰角、方位角,使得当前红外光谱辐射计的视场能够充满大面源黑体表面,确保没有其他背景物进入到红外光谱辐射计的视场;通过电动云台微调红外光谱辐射计的俯仰角、方位角、高度、水平位置等各种参数,使得面源黑体炉法向垂直于红外光谱辐射计镜头表面,此时,红外光谱辐射计能够获取大面源黑体的辐射最大值EA。
设定采集温度并待温度稳定,加载上述校准文件,采集近距离(<3m)处的光谱数据库,
将红外光谱辐射计放置于相应发动机目标测试距离的测点。通过电动云台调整镜头视场的俯仰角度、高度、方位角等,使得大面源黑体充满光谱辐射计的视场并采集最大福射值。
发动机开动期间,在不同的稳定状态,分别采集相应测点距离处的光谱数据库,同时记录此时的地理位置、气象条件,温度、湿度、能见度、云以及太阳的状况。
进一步地,本发明给出了数据有效性的判断方法。首先使用软件提取各个状态数据库的光谱辐射亮度文件,导出对应的netcdf文件即*.nc文件,然后使用数据处理软件提取*.nc文件指定波段对应的近距离处的光谱辐射亮度L0,分别打开*.nc文件对应的A距离处的光谱辐射亮度LA,使用计算公式(2)得出光谱大气透过率、平均大气透过率数值。
τ=LA/L0 (2)
根据大气透过率的测试原理,大气透过率应该小于 1,在温度以及湿度不变的
情况下,距离越大,τ越小;在距离保持不变的情况下,湿度越大,τ越小。此外,通过相应的地
理位置、温度、湿度、能见度、云和太阳的状况,利用专业的大气透过率计算软件计算相应距
离的大气透过率数值,并与测试值进行比较。
其中,需要说明的是,本发明实施例中电动云台用于红外隐身测量试验过程中,红外光谱辐射计的升降以适应测点位置与发动机的高度差;解决红外光谱辐射计在外场使用中的移动困难的问题;同时,能够实现红外光谱辐射计镜头方位角、俯仰角的精确控制,并且能够实现红外光谱辐射计的镜头位置微调,准确捕获目标辐射。
本发明的有益效果是:本发明能够有效、可靠的为测试大气透过率提供合适的方法,为试验数据的准确性提供保障,并且通过该方法还可以对得到的测试数据处理,最终获得指定波段的光谱大气透过率、平均大气透过率。以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种航空发动机红外光谱辐射计大气透过率实时测试计算方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、确定测试系统的空间布局方式,提供测试场地的大气透过率测试系统放置位置及测试路线;
步骤二、分别对光谱辐射计进行高低温校准;以面源黑体炉为目标,采集距离3米以内的数据,并采集相应发动机目标测试距离的数据;
步骤三、通过所述步骤二中的结果获取大气透过率的测试值,通过仿真软件获取大气透过率的计算值,将大气透过率的测试值与大气透过率的计算值进行比较,以判断大气透过率的测试值的有效性;
所述步骤一包括:
选定面源黑体炉的放置位置以及放置角度;
面源黑体炉的辐射面源垂直于地面,将面源黑体炉的辐射面源的投影线定义为0°,利用全站仪沿着与投影线夹角成90°的测试区域方向分别测量相应距离的测点及该测点位置与面源黑体炉中心的高度差,并进行测绘标记;
所述步骤二包括:
根据面源黑体炉辐射面源的尺寸、测量距离调整红外光谱辐射计的光圈或者视场角,使得大面源黑体充满红外光谱辐射计的视场,并使测量距离、视场角、面源黑体尺寸三者之间的关系满足公式Lα<D,其中L为测量距离,α为视场角、D为面源黑体炉辐射面源的最大内切圆的直径;
发动机开动之前,将面源黑体炉温度设定至T,待温度稳定后,打开红外光谱辐射计以及采集软件,将红外光谱辐射计放置于距离面源黑体炉3m内处并法向对准面源黑体炉,调整红外光谱辐射计的增益、光圈、分辨率、滤光片透过率,获取不饱和情况下的最大辐射值,并使用软件测量距离面源黑体炉3m处的辐射值E0。
2.根据权利要求1所述的航空发动机红外光谱辐射计大气透过率实时测试计算方法,其特征在于,所述步骤二还包括:
保持光学参数不变,将光谱辐射计放置于预先测绘的测点,使得镜头中心的正下方地面与预先测绘的测点位置保持重合;
通过电动云台调整红外光谱辐射计的镜头高度,使得镜头中心的高度与面源黑体的中心高度保持一致;
通过电动云台调整红外光谱辐射计的俯仰角、方位角,使得当前红外光谱辐射计的视场能够充满面源黑体表面;
通过电动云台微调红外光谱辐射计的俯仰角、方位角、高度、水平位置参数,使得面源黑体炉法向垂直于红外光谱辐射计镜头表面,此时,红外光谱辐射计能够获取大面源黑体的辐射最大值EA,分别设定面源黑体炉的温度为TH和TL并进行高低温校准,分别采集对应的能量值EH和EL,使得EH>EO>EA>EL。
3.根据权利要求2所述的航空发动机红外光谱辐射计大气透过率实时测试计算方法,其特征在于,所述步骤二还包括:
设定采集温度并待温度稳定,采集距离面源黑体炉3m内处的数据,通过电动云台调整红 外光谱辐射计的镜头视场的俯仰角度、高度和方位角,使得面源黑体充满光谱辐射计的视场并采集最大辐射值;
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4.根据权利要求3所述的航空发动机红外光谱辐射计大气透过率实时测试计算方法,其特征在于,所述步骤三具体为:
使用软件提取各个状态数据库的光谱辐射亮度数据,并导出,使用数据处理软件提取光谱辐射亮度数据指定波段对应的近距离处的光谱辐射亮度L0和远距离处的光谱辐射亮度LA,使用计算公式τ=LA/L0得出光谱大气透过率测试值和平均大气透过率测试值;
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用FTIR光谱仪测量排气系统中红外光谱辐射强度的方法;罗明东 等;《航空动力学报》;20070915(第9期);第1423-1429页 * |
航空发动机排气系统红外辐射测量与数值计算比较研究;赵会妮 等;《燃气涡轮试验与研究》;20170215;第30卷(第1期);第36-40页 * |
航空发动机整机红外辐射特性台架试验方案研究;刘涛等;《现代机械》;20200228(第01期);第45-49页 * |
面源黑体用于8μm~9.4μm波段的大气透过率测试;王浩 等;《科技创新与应用》;20140628(第18期);第20-21页 * |
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