[發(fā)明專利]一種在金屬翼形結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生可控溫度梯度場的加熱裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210052095.2
• 申請日: 2012-03-01
• 公開（公告）號: CN102609017A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊睿;褚偉光;謝雅君;劉巍;任昊軼;周亮
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G05D23/30
• 分類號: G05D23/30
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 侯明遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空航天地面剛度實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在金屬翼形結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生可控溫度梯度場的點(diǎn)陣加熱裝置和方法，特別涉及到利用逐點(diǎn)可控的多載荷點(diǎn)陣加熱點(diǎn)對金屬翼形結(jié)構(gòu)的加熱裝置和方法。

背景技術(shù)

高速飛行器在實(shí)際飛行中由于其表面與大氣劇烈摩擦，產(chǎn)生高溫，而表面各處摩擦程度不同，造成溫度不同，從而在飛行器表面形成溫度梯度場。這種溫度梯度場會對飛行器材料性能產(chǎn)生重要影響，甚至使材料性能急劇惡化，因此必須進(jìn)行加熱測試實(shí)驗(yàn)。在正常飛行狀況下，對高速飛行器部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)或力學(xué)響應(yīng)檢測困難大且成本高。本加熱裝置對翼型結(jié)構(gòu)加熱，加熱方法精確控制試驗(yàn)件的溫度梯度場，模擬正常飛行時(shí)高速飛行器部件的溫度梯度場，方便進(jìn)行各種測試。

常用的加熱方法多為單一集中載荷，加載位置只在金屬翼形結(jié)構(gòu)的一端，這樣的加載不能達(dá)到精確溫度梯度場，又由于載荷集中加熱慣性大等原因，造成加熱可控性差，溫度場達(dá)不到精確預(yù)期效果，并且加熱對環(huán)境影響小，易于試驗(yàn)測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種通過多載荷點(diǎn)陣加熱實(shí)現(xiàn)金屬翼形結(jié)構(gòu)達(dá)到所需溫度梯度場并且進(jìn)行精確加熱控制的裝置和方法。

本方法所采用的技術(shù)方案是：

一種在金屬翼形結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生可控溫度梯度場的加熱方法，加熱點(diǎn)采用點(diǎn)陣形式在金屬翼形結(jié)構(gòu)表面布置，分為規(guī)則布置和非規(guī)則布置，規(guī)則布置為等間距布置加熱點(diǎn)，非規(guī)則布置為根據(jù)實(shí)際溫度梯度要求布置加熱點(diǎn)；加熱部分與點(diǎn)陣加熱點(diǎn)連接，提供加熱點(diǎn)需要的熱載荷，并選用易控、小面積加熱源，如小面積感應(yīng)加熱線圈或激光束，并獨(dú)立控制各加熱點(diǎn)的載荷輸入；風(fēng)冷卻部分吹風(fēng)調(diào)節(jié)金屬結(jié)構(gòu)的對流換熱，均衡熱載荷在翼型金屬結(jié)構(gòu)上的熱效應(yīng)；通過金屬翼形結(jié)構(gòu)上的溫度測量元件獲得溫度信號，并將溫度信號輸入控制系統(tǒng)，控制將溫度信號與金屬翼型結(jié)構(gòu)預(yù)期溫度梯度場比較計(jì)算，獲得各個(gè)點(diǎn)陣加熱點(diǎn)和風(fēng)冷卻部分的最佳輸出功率，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號，輸入到加熱部分和風(fēng)冷卻部分，控制熱載荷和風(fēng)冷載荷，從而控制加熱點(diǎn)鄰近區(qū)域輸入的熱量，使各加熱點(diǎn)鄰近區(qū)域熱量輸入與散熱導(dǎo)熱的熱量損失達(dá)到動態(tài)平衡，形成閉環(huán)控制，從而控制各區(qū)域輸入的熱量，即控制各區(qū)域達(dá)到預(yù)期溫度，從而使被加熱金屬翼形結(jié)構(gòu)整體達(dá)到并保持在期望得到的溫度梯度場。

一種在金屬翼形結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生可控溫度梯度場的加熱裝置，由點(diǎn)陣加熱點(diǎn)，加熱部分，金屬翼形結(jié)構(gòu)，風(fēng)冷卻部分，溫度測量部分，人機(jī)接口部分，控制部分組成；點(diǎn)陣加熱點(diǎn)布置在金屬翼形結(jié)構(gòu)表面，加熱部分對加熱點(diǎn)提供熱載荷；風(fēng)冷卻部分安裝在機(jī)翼的上緣，其出風(fēng)口與金屬翼形結(jié)構(gòu)平行，即其所吹風(fēng)與金屬翼形結(jié)構(gòu)表面平行；溫度測量部分的溫度傳感器分散安裝在金屬翼形結(jié)構(gòu)表面，并與溫度測量部分的信號調(diào)理器連接；控制部分與信號調(diào)理器相連，接收信號；人機(jī)接口與控制部分相連，設(shè)定需要溫度值；控制部分與加熱部分和風(fēng)冷卻部分連接，根據(jù)人機(jī)接口部分設(shè)定溫度值，與接收溫度信號，對點(diǎn)陣加熱部分和風(fēng)冷卻部分進(jìn)行控制；控制部分接收調(diào)理器傳出的代表被加熱金屬翼形結(jié)構(gòu)溫度信息的電壓或電流信號，并對信號進(jìn)行計(jì)算處理，將其轉(zhuǎn)換為被加熱金屬翼形結(jié)構(gòu)的溫度梯度場信息，根據(jù)與人機(jī)接口設(shè)定的溫度梯度場進(jìn)行比較計(jì)算，得到各個(gè)加熱點(diǎn)的最佳輸出功率，并轉(zhuǎn)換成控制信號，輸出控制信號，控制點(diǎn)陣加熱部分各加熱點(diǎn)的輸出功率和風(fēng)冷卻部分的輸出，形成閉環(huán)控制。

更具體地，加熱部分為感應(yīng)加熱線圈或激光發(fā)生器，能夠產(chǎn)生點(diǎn)載荷，輸入到點(diǎn)陣加熱點(diǎn)。

更具體地，各個(gè)點(diǎn)陣加熱點(diǎn)的形狀由所選加熱部分決定可以為圓形或正方形。

更具體地，溫度測量部分，包括有，能夠測量翼形結(jié)構(gòu)溫度的多個(gè)接觸或非接觸式溫度傳感器，以及溫度信號調(diào)理部分，接受所述溫度傳感器的測量信號，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓或電流信號，傳遞給加熱裝置的控制部分，用于被加熱結(jié)構(gòu)的溫度梯度場計(jì)算。

更具體地，風(fēng)冷卻部分產(chǎn)生與翼形結(jié)構(gòu)平行的穩(wěn)定氣流，并能一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)氣流溫度，對被加熱翼形結(jié)構(gòu)進(jìn)行吹風(fēng)冷卻，協(xié)調(diào)加熱效果。

更具體地，人機(jī)接口部分可接收操作人員設(shè)定的參數(shù)和要求，并將加熱裝置及被加熱結(jié)構(gòu)的狀態(tài)輸出顯示給操作人員。

本發(fā)明的效果和益處是通過點(diǎn)陣加熱使加熱金屬翼形結(jié)構(gòu)試驗(yàn)件達(dá)到更精確的溫度梯度場，并能夠有效的控制溫度梯度場，并減小對環(huán)境溫度的影響。

附圖說明

附圖是一種在金屬翼形結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生可控溫度梯度場的加熱裝置示意圖。