[發明專利]一種采用高能束掃描獲得可控溫度梯度場的加熱裝置

有效

• 申請號: 201210051835.0
• 申請日: 2012-03-01
• 公開（公告）號: CN102591377A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 楊睿;謝雅君;褚偉光;劉巍;周亮;任昊軼
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05D23/20
• 分類號: G05D23/20
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 侯明遠

技術領域

本發明屬于航空航天地面剛度實驗技術領域，涉及一種采用高能束掃描獲得可控溫度梯度場的加熱裝置，特別涉及利用一路或多路高能能量束對翼形結構按照設定軌跡和輸出功率進行掃描加熱，并根據溫度反饋實時調整掃描軌跡和輸出功率，從而在翼形結構上產生符合要求的溫度梯度場。

背景技術

對于航空航天飛行器，當高速飛行時由于與空氣磨擦，會在機翼結構上產生溫度梯度場，溫度梯度場的存在將影響機翼機構的剛度、強度以及氣動響應特征，嚴重時會影響飛行安全，因此需要在實驗室環境下，進行翼形結構的相關實驗，以保證飛行安全，為了確保實驗的準確性，必須真實的在翼形結構上復現出與飛行狀態相同的溫度梯度場，在此基礎上進行實驗才具有意義。

據有關文獻記錄，以往此類實驗多采用石英管進行紅外輻射加熱，該加熱方法簡單、成本低廉，但由于加熱系統的驅動功率小且熱慣性較大，從而造成加熱工程的可控性差，不能在翼形結構上準確得到滿足需要的溫度梯度場，同時對環境溫度影響較大。

發明內容

本發明的目的是提供一種采用高能束掃描獲得可控溫度梯度場的加熱裝置使被加熱翼形結構能夠更精確地達到所需的溫度梯度場從而避免了紅外熱輻射加熱的不足，以下的方案說明就是基于采用若干路激光束獨立掃描的加熱方案。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

該裝置分為工作平臺，控制部分，加熱部分，溫度測量部分和風冷卻部分。工作平臺包含有以大理石或鑄鐵等為材料制作而成的工作臺，在工作臺的兩個長邊處分別固定有兩個縱向滑動導軌以及橫跨矩形工作臺并且兩端安裝在縱向滑動導軌上的橫向滑動導軌，橫向滑動導軌的數量和激光發生器的數量一一對應。加熱部分的高能束發生器在本方案中采用CO₂激光發生器，該激光發生器安裝在工作平臺的橫向滑動導軌上并且和掃描軌跡控制裝置以及主控制機相連，激光發生器的數量根據現場工況來確定。溫度測量部分，包括有溫度傳感器以及溫度信號傳輸與處理器，其中溫度傳感器在本方案中采用熱電偶溫度傳感器或者分布式溫度傳感器，并粘貼于被加熱件的采樣位置處，測量這些采樣位置的溫度值反映出被加熱件的溫度梯度場的分布狀況，溫度傳感器的數量根據不同被加熱件的采樣位置的不同數量來確定；溫度信號傳輸與處理器的輸入端和溫度傳感器相連輸出端和主控制機相連，它包括有定值器和信號處理器，定值器的功能是設置給定溫度的相應信號值，從而得到所測溫度值和給定溫度值的偏差值，信號處理器是將所得偏差值進行放大等處理從而得到偏差控制信號并送入主控制機。控制部分包括有主控制機和掃描軌跡控制裝置。其中主控制機包括有主控制運算單元、人機接口、可視化顯示界面和功率控制裝置。主控制運算單元采用單片機、工控機或微機等并且接受溫度信號傳輸與處理器所傳輸的偏差控制值來分析加熱過程并根據設定程序發出控制信號，人機接口供操作人員在加熱前輸入預定加熱程序并且在加熱過程中實時控制加熱過程，可視化顯示界面顯示被加熱件的加熱狀況和溫度梯度場的分布狀況，功率控制裝置根據主控制運算單元所發出的功率控制信號實時在線調節激光發生器所發生激光的功率。，掃描軌跡控制裝置接受來自主控制機的控制信號控制激光發生器在橫向滑動導軌上的移動以及橫向滑動導軌在縱向滑動導軌上的移動從而來控制激光發生器的掃描軌跡。風冷卻部分采用吹風所述風冷卻部分采用吹風機，其安裝在工作臺的短邊處和兩個縱向滑動導軌相垂直并產生平行吹向被加熱件的冷卻風并且和主控制機相連并接受來自主控制機的控制信號來調節所產生冷卻風的風速風向等從而實現對被加熱件進行吹風冷卻以達到所需要求的溫度梯度場。

本發明的效果和益處是，加熱裝置采用激光作為加熱熱源，相干性強能量高，加熱迅速，加熱時間大大縮短，加熱過程可控性好，并且對環境溫度影響較小。

附圖說明

附圖是本發明的激光加熱裝置的結構示意圖。

圖中：1激光發生器；2掃描軌跡控制裝置；3被加熱件；4主控制機；5溫度傳感器；6溫度信號傳輸與處理器；7吹風機；8矩形工作臺；9縱向滑動導軌；10橫向滑動導軌。

具體實施方式

以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施方式。

發明裝置主要分成五個部分：工作平臺，控制部分，加熱部分，溫度測量部分和風冷卻部分，實施例中采用矩形工作臺作為固定臺。