[實(shí)用新型]導(dǎo)彈高溫?zé)嵩囼?yàn)彈體前表面溫度的非接觸式紅外測量裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920110069.4
• 申請日: 2009-07-10
• 公開（公告）號: CN201417178Y
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳大方;劉成翔;鄭力銘;王靜濤;司文密
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 成金玉;盧 紀(jì)

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及導(dǎo)彈高溫氣動熱試驗(yàn)彈體前表面溫度的非接觸式紅外測量裝置。

背景技術(shù)

出于突防、反導(dǎo)、高空高速偵察等方面的需要，導(dǎo)彈等飛行器的飛行速度越來越快，飛行馬赫馬赫數(shù)為8-9的高超音速巡航導(dǎo)彈彈翼前緣溫度將超過1200℃，由于鈦合金和高溫合金等金屬材料在超過800℃時(shí)其變形量明顯增大，金屬外殼的變形會嚴(yán)重影響導(dǎo)彈彈體的氣動外形和飛行軌跡。解決這一問題的新的發(fā)展方向?yàn)椴捎酶邷叵伦冃瘟枯^小的高溫陶瓷或碳纖維復(fù)合材料作為導(dǎo)彈彈頭或戰(zhàn)斗部的外殼材料。導(dǎo)彈高速飛行時(shí)，其殼體外表面溫度的動態(tài)變化量是研究殼體材料是否能抵抗高速飛行時(shí)的高溫瞬態(tài)熱沖擊的關(guān)鍵參數(shù)，測量與記錄在高速熱流場中，導(dǎo)彈外表面溫度的瞬變過程的工作，對于導(dǎo)彈飛行器的熱防護(hù)與安全設(shè)計(jì)具有非常重要的實(shí)際意義。

使用測溫傳感器熱電偶測量導(dǎo)彈表面溫度時(shí)，測溫傳感器熱電偶須焊接或粘接在導(dǎo)彈殼體表面。由于高溫陶瓷和碳纖維復(fù)合材料導(dǎo)彈外殼是由非金屬材料制成，不能像金屬材料那樣能將測溫?zé)犭娕贾苯狱c(diǎn)焊在殼體表面上。而是要將測溫?zé)犭娕颊辰釉诜墙饘俨牧蠚んw表面上，由于粘接層覆蓋在測溫?zé)犭娕嫉那岸烁袦夭可希⑶艺辰訉泳哂幸欢ǖ暮穸龋绊憻醾鲗?dǎo)速度，測溫?zé)犭娕疾荒芰⒓捶磻?yīng)出殼體表面溫度的急速變化。另外，金屬材料的測溫傳感器與非金屬材料的高溫陶瓷和碳纖維復(fù)合材料導(dǎo)彈外殼的熱膨脹系數(shù)相差很大，在受到高溫時(shí)，因膨脹量的巨大差異，若采用粘接方式，高溫?zé)釠_擊試驗(yàn)中經(jīng)常出現(xiàn)測溫傳感器與非金屬碳纖維復(fù)合材料外殼脫膠分離的情況，以至造成表面溫度測量不準(zhǔn)確的情況。

高溫陶瓷和碳纖維復(fù)合材料導(dǎo)彈彈頭或戰(zhàn)斗部外殼的價(jià)格非常昂貴，在上千度的高溫條件下，由于存在熱燒蝕、熱變形和熱損壞，對同一導(dǎo)彈外殼往往不能重復(fù)進(jìn)行多次高溫試驗(yàn)，每次試驗(yàn)得到的測試數(shù)據(jù)都極為寶貴。因此，必須設(shè)計(jì)使用新的非接觸式溫度測量方式，來測量與記錄導(dǎo)彈高溫?zé)釠_擊試驗(yàn)過程中，高溫陶瓷或碳纖維復(fù)合材料等非金屬材料導(dǎo)彈外殼表面溫度場的高速變化情況。

非接觸式紅外測溫方式通過紅外瞄準(zhǔn)鏡頭接收物體表面發(fā)射的紅外光波，可以測量高達(dá)至3000℃的溫度環(huán)境。由于不與被測物體直接接觸，能夠避免高溫條件下粘接測溫?zé)犭娕寂c試驗(yàn)件表面脫膠分離造成的試驗(yàn)失敗。但是，在進(jìn)行導(dǎo)彈外殼高溫氣動熱模擬試驗(yàn)時(shí)，由密集排列的紅外輻射熱源陣列給導(dǎo)彈外殼前表面加熱，而紅外輻射熱源陣列的溫度要高于被加熱的導(dǎo)彈外殼前表面的溫度。若要使用非接觸式紅外測溫儀器測量導(dǎo)彈外殼前表面的溫度，由于在導(dǎo)彈外殼前表面和紅外測溫儀的光學(xué)鏡頭之間隔著溫度更高的紅外輻射熱源陣列，導(dǎo)彈外殼前表面發(fā)出的紅外信號被溫度更高的紅外輻射熱源陣列信號干擾或遮蔽，此時(shí)非接觸式紅外測溫儀器接收的不是單純的導(dǎo)彈外殼前表面發(fā)出的紅外光線，造成非接觸式紅外測溫裝置測不準(zhǔn)導(dǎo)彈外殼前表面溫度的結(jié)果。要想將非接觸式紅外測量應(yīng)用于導(dǎo)彈氣動熱模擬試驗(yàn)彈體前表面溫度的測量，就必須設(shè)法解決試驗(yàn)中導(dǎo)彈外殼前表面紅外光波能夠直接傳遞到測溫鏡頭這一的關(guān)鍵問題。

在導(dǎo)彈高溫?zé)彷椛湓囼?yàn)中為了使彈體前表面溫度場分布均勻，彈體外圍的紅外輻射熱源陣列需要密集排列，發(fā)熱元件之間的間距很小。而非接觸式紅外測溫的光線接收鏡頭的直徑較大，一般有20mm-50mm粗。若將密集排列紅外輻射熱源陣列空出一個(gè)大的通光區(qū)域，勢必會影響到被輻射的彈體前表面溫度場的均勻性。因此，新設(shè)計(jì)的水冷式彈體前表面紅外光線抗混疊引導(dǎo)裝置的前端在穿過紅外輻射熱源陣列時(shí)的尺寸要盡量小，以保證其紅外輻射熱源陣列不出現(xiàn)大的空缺，保證被輻射的彈體前表面溫度場的均勻性。同時(shí)紅外光線抗混疊引導(dǎo)裝置的穿過紅外輻射熱源陣列的部位要能抗受并隔離紅外輻射熱源陣列發(fā)出的1300℃-1500℃的高溫。

但目前國內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)的報(bào)道。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種確定導(dǎo)彈氣動熱模擬試驗(yàn)彈體前表面溫度的非接觸式紅外測量裝置，該裝置能夠使彈體前表面溫度發(fā)出的紅外光波穿過溫度更高的高達(dá)1300℃-1500℃的高溫輻射加熱區(qū)域，直接達(dá)到非接觸式紅外測溫儀的接收鏡頭，避免比彈體溫度更高的紅外輻射熱源陣列光場對導(dǎo)彈前表面發(fā)出的紅外光線造成混疊干擾，使紅外測溫儀能夠?qū)棇?dǎo)彈殼體前表面的高溫動態(tài)變化進(jìn)行測量。