[發明專利]自動鋪放成型中預浸料紅外輻射加熱的動態溫度控制方法

有效

• 申請號: 201010243504.8
• 申請日: 2010-08-03
• 公開（公告）號: CN101907899A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 文立偉;余永波;王顯峰;齊俊偉;肖軍
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05D23/30
• 分類號: G05D23/30
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域：

本發明涉及一種自動鋪放成型中紅外加熱溫度控制方法，特別涉及到纖維纏繞、自動鋪絲、自動鋪帶等復合材料的自動化成型工藝領域。

背景技術：

復合材料自動化成型技術包括纖維纏繞、自動鋪帶、自動鋪絲技術。溫度是復合材料自動化成型技術中一個重要的工藝參數，對復合材料制品質量產生了重要的影響。為保證復合材料預浸料具有適于自動鋪放成型的粘性，防止屈皺和層間結合不良，需對其溫度進行精確控制。

目前，國內自行研制的復合材料自動化成型設備主要采用熱風加熱。其主要控制出風口溫度，具有簡單易行、出口溫度均勻的優點，但也存在以下不足：

(1)系統熱慣性和熱量散失較大、加熱方向性弱，容易對自動化成型設備造成不良影響；

(2)由于主要通過對流傳熱進行加熱，換熱效率低、加熱響應慢、預浸料到達目標溫度需要的時間長、能耗高，不能滿足復合材料自動鋪放成型高效率的要求；

(3)傳熱過程存在許多不確定性因素，不利于分析能量分配情況；控制量關系模糊，難以實現溫度的精確控制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種自動鋪放成型中預浸料紅外輻射加熱的動態溫度控制方法，克服熱風加熱響應慢、熱能利用率低、溫度控制依賴經驗數據及控制律模糊等不足。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

一種自動鋪放成型中預浸料紅外輻射加熱的動態溫度控制方法，包括如下步驟：

步驟(一)，測定所用紅外輻射加熱器的電-熱輻射轉化率，所述紅外輻射加熱器為紅外加熱燈；紅外加熱燈與盒體的傳熱平衡方程為：

其中，P_燈：紅外加熱燈的輻射功率；t：時間；a₁：盒體內壁表面的輻射吸收系數；k：自然對流放熱系數；T_燈：紅外加熱燈的燈管在t時刻的溫度；在t時刻i表面的溫度；C_盒：盒體材料的比熱容；盒體第i個面板的質量；在t時刻i表面升高的溫度；

由此求得紅外輻射加熱器的電-熱輻射轉化率：

????????????η₁＝P_燈/P_電????????????????????????(2)

式中，P_電代表紅外加熱燈的輸出電功率；

步驟(二)，計算預浸料的蓄熱轉化效率：

上式中，Q_蓄代表蓄熱能，Q_蓄＝C_預m(T-T₀)；Q_輻代表輻射能，Q_對代表對流擴散能，Q_對＝kA(T-T₀)^1.25；

其中，C_預：預浸料的比熱容；T：預浸料表面的溫度；m：預浸料在有效輻射區域的質量；T₀：周圍環境的溫度；σ：斯忒藩-波爾茲曼常數，σ＝5.669×10^-8W/m²·K⁴；ε：預浸料的表面比輻射率；A：預浸料在有效輻射區域的表面積；W：功率單位，瓦特；K：溫度單位，開攝氏度；

步驟(三)，推導紅外輻射加熱器與預浸料微元窄條之間的輻射角系數計算關系式：