[發明專利]一種飛行器表面熱流辨識裝置溫度測量數據預處理方法

有效

• 申請號: 201711086206.0
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107958206B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 李宇;聶亮;黃建棟;檀妹靜;聶春生;劉宇飛;王迅;袁野;蔣云淞;曹占偉;王振峰;周禹;陳敏
• 申請（專利權）人: 北京臨近空間飛行器系統工程研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01K7/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

本發明提供了一種飛行器表面熱流辨識裝置溫度測量數據預處理方法，屬于航空航天飛行試驗熱學參數測量及處理技術領域。該方法首先對熱流辨識裝置的溫升測量數據進行局部失真點(局部跳點)進行剔除的處理，然后利用N個相鄰數據點平均的光滑處理方法對測量數據進行平滑處理，最后得到滿足熱流辨識要求的溫度測量數據。所述N值根據溫度傳感器相關參數和溫度曲線特征進行確定。使用本發明完成預處理后的溫度測量數據進行熱流辨識，可以有效改善溫度階躍和局部跳點對熱流辨識結果的影響，提高熱流辨識結果的準確度和可靠性。

技術領域

本發明涉及一種飛行器表面熱流辨識裝置溫度測量數據預處理方法，適用于目前高超聲速飛行器飛行試驗的測量數據的預處理，屬于航空航天飛行試驗熱學參數測量及處理技術領域。

背景技術

高超聲速飛行器表面氣動加熱環境嚴酷，飛行器防隔熱系統面臨嚴峻的挑戰，對飛行器防隔熱系統設計精度和保守量提出了苛刻的要求。而準確預測氣動加熱環境及分布則是實現防隔熱系統精細化設計的前提和根本。目前受制于氣動熱環境預測技術的現狀，熱環境預示方法尚不能達到很好的精度，而地面試驗設備的能力目前不能復現真實飛行環境。在這種背景下，通過飛行試驗開展飛行器表面熱流測量進而完善熱環境預示方法就變得日益迫切。

然而由于高超聲速飛行器表面熱環境非常嚴酷，且飛行時間長，受制于傳感器耐溫極限、產品尺寸和測量精度，目前利用傳統熱流傳感器直接進行測量的難度很大，逐漸難以適應長時間高熱流的測量需求。氣動熱辨識是一種熱流間接測量方法，其利用測量防熱材料層間溫升或通過測量熱流辨識裝置的溫升，通過數學方法反演得到表面熱流信息。由于環境適應性更好、測量結構相對簡單、產品尺寸相對較小，氣動熱辨識方法和相應的熱流辨識裝置得到了越來越多的研究和應用。

由熱流辨識的原理可知，敏感元件溫升測量數據是進行熱流辨識的前提和關鍵。敏感元件溫升信息測量過程為：首先通過安裝于敏感元件內部的熱電偶獲得電信號信息，然后通過放大器和變換器轉換成為溫度信息。由于變換器的采編位數有限，例如目前航天飛行器使用的傳感器的采編位數一般為8位，即在量程范圍內分為255個分度，在測量值明顯小于量程最大值的情況下，溫度測量數據會產生明顯的階躍現象，如圖2(a)所示，溫度傳感器量程為0～200℃，每個分度值約為0.8℃，由于測量值最大不超過30℃，溫升測量結果存在明顯階躍現象。另外，電信號在放大和變換的過程中由于受到電磁干擾、電源穩定性和飛行器瞬時振動和沖擊的影響，溫度測量結果可能存在局部失真情況，圖2(b)給出了某飛行試驗溫度測量結果，可以看出溫度測量結果局部存在跳點。溫度測量結果的階躍現象和局部跳點均會對熱流辨識過程產生影響，導致熱流辨識結果失真，因此需要在開展熱流辨識工作前對溫度測量結果進行預處理，為熱流辨識提供合理的輸入條件，提高熱流辨識結果的準確性。

目前對于高超聲速飛行試驗具有階躍特征的非光滑溫度測量數據還缺乏有效的預處理方法。采用常用的數據擬合方法和數據平滑方法開展數據預處理研究，結果表明：數據擬合方法如多項式擬合方法，其處理結果曲線非常光滑，從宏觀上看與原始數據曲線吻合較好，但會抹平或忽略溫升曲線的細小變化，導致熱流辨識結果失真；數據平滑方法如各類平滑濾波方法，由于難以確定濾波方法的一些特征參數(如所用的數據點個數，濾波的數據寬度等)，其對具有階躍特征的測量數據的處理效果并不令人滿意。

發明內容

本發明的技術解決問題是：針對目前熱流辨識組件測量數據質量不高、難以作為熱流辨識有效輸入條件的問題，提供一種飛行器表面熱流辨識裝置溫度測量數據預處理方法，可以為熱流辨識提供合理的溫度數據輸入，有效改善溫度階躍和局部跳點對熱流辨識結果的影響，提高熱流辨識結果的準確度和可靠性。

本發明的技術解決方案是：一種飛行器表面熱流辨識裝置溫度測量數據預處理方法，該方法包括下列步驟：使用前后相鄰數據點平均的方法對溫度測量數據進行平滑處理，得到預處理溫度數據具體的平滑處理方法如下：