[發(fā)明專利]一種1200℃有氧高溫環(huán)境下抑制散斑圖像抖動(dòng)試驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810255572.2
• 申請(qǐng)日: 2018-03-27
• 公開（公告）號(hào): CN108519401B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳大方;林鷺勁;任浩源
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N25/00
• 分類號(hào): G01N25/00;G01B11/16
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;盧紀(jì)

本發(fā)明公開了一種1200℃有氧高溫環(huán)境下抑制散斑圖像抖動(dòng)試驗(yàn)裝置，包括輕質(zhì)高溫陶瓷板、正交石英燈加熱陣列、透光窗口、輕質(zhì)陶瓷隔熱框、散斑顆粒、平板試驗(yàn)件、石英玻璃方框、隔熱透光通道、透光孔、CMOS相機(jī)、帶通濾波片、鏡頭和圖像處理計(jì)算機(jī)；高溫?zé)嵩囼?yàn)中溫度上升，熱空氣密度降低，熱氣流向上運(yùn)動(dòng)，加熱區(qū)域內(nèi)上下部空氣密度不同使得空氣折射率產(chǎn)生非穩(wěn)態(tài)變化，造成圖像抖動(dòng)，致使數(shù)字圖像相關(guān)分析失效。為了獲得受熱前表面變形的清晰圖像，本發(fā)明綜合采用多層次多區(qū)段空間封閉及區(qū)域隔離措施，在光學(xué)信息有效傳遞路徑內(nèi)抑制熱空氣的抖動(dòng)，獲得了有氧高溫環(huán)境下部件受熱前表面變形的清晰散斑圖像及受熱面的全場(chǎng)變形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種1200℃有氧高溫環(huán)境下抑制散斑圖像抖動(dòng)試驗(yàn)裝置。特別是在使用非接觸式光學(xué)方法進(jìn)行高溫變形測(cè)量時(shí)，抑制熱空氣的抖動(dòng)，獲得清晰的熱面散斑圖像，進(jìn)而獲得全場(chǎng)高溫變形數(shù)據(jù)，為高速飛行器熱強(qiáng)度分析以及安全可靠性設(shè)計(jì)提供重要的試驗(yàn)測(cè)試手段。

背景技術(shù)

高速飛行器在大氣層中以高馬赫數(shù)飛行時(shí)與空氣劇烈摩擦產(chǎn)生嚴(yán)重的氣動(dòng)加熱現(xiàn)象。嚴(yán)酷的氣動(dòng)熱環(huán)境使飛行器外表面溫度急劇上升，飛行器材料和結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性發(fā)生變化，熱應(yīng)變會(huì)引起飛行器部件幾何形狀發(fā)生改變，影響飛行器的氣動(dòng)外形甚至威脅飛行安全。因此，確定高速飛行器部件在氣動(dòng)加熱環(huán)境下的應(yīng)力和變形對(duì)飛行器的安全可靠性設(shè)計(jì)具有非常重要的意義。

結(jié)構(gòu)物表面高溫環(huán)境下的應(yīng)變測(cè)量方法有接觸方式和非接觸方式。接觸測(cè)量方式的主要代表為應(yīng)變片測(cè)量，現(xiàn)已有許多高溫環(huán)境下的研究與應(yīng)用。由于應(yīng)變片難以承受1000℃以上的嚴(yán)苛高溫環(huán)境，且一片應(yīng)變片只能測(cè)量單點(diǎn)單方向應(yīng)變，用于全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量時(shí)復(fù)雜且困難，目前應(yīng)變片方式難于滿足溫度很高的全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量。非接觸式光學(xué)方法在全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量方面具有優(yōu)勢(shì)?；谏邎D像的數(shù)字圖像相關(guān)方法是一種非常有效的全場(chǎng)變形光學(xué)測(cè)量技術(shù)，它具有適用范圍廣，測(cè)量精度較高，試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)捷等特點(diǎn)，并已成功應(yīng)用于高溫應(yīng)變測(cè)量。在非接觸方式中數(shù)字圖像相關(guān)方法已經(jīng)成為一種非常重要的高溫變形測(cè)量技術(shù)。

氣動(dòng)加熱出現(xiàn)在大氣層內(nèi)，由于試驗(yàn)?zāi)M困難，極端高溫輻射熱試驗(yàn)通常需要在真空或充滿惰性氣體的封閉空間中進(jìn)行，但是真空或惰性氣體環(huán)境與高速飛行器在大氣中飛行時(shí)的有氧高溫環(huán)境有很大差別，不能獲得飛行器材料或結(jié)構(gòu)在有氧高溫環(huán)境中的變化情況。為了接近高速飛行時(shí)部件的有氧高溫?zé)徇吔鐮顟B(tài)，熱試驗(yàn)應(yīng)該模擬與飛行條件相同的大氣層內(nèi)的有氧高溫?zé)岘h(huán)境。

在有氧高溫?zé)岘h(huán)境中進(jìn)行光學(xué)測(cè)量會(huì)出現(xiàn)熱空氣抖動(dòng)的難題，隨著試驗(yàn)溫度的升高，試驗(yàn)裝置內(nèi)部的熱空氣密度降低，熱氣流向上運(yùn)動(dòng)，加熱區(qū)域內(nèi)上下部空氣密度不同使得空氣折射率產(chǎn)生非穩(wěn)態(tài)變化，造成采集圖像清晰度下降或產(chǎn)生虛假信息，甚至導(dǎo)致數(shù)字圖像相關(guān)分析失效。要想在高溫氧化環(huán)境下獲得受熱前表面變形的清晰散斑圖像，抑制熱空氣的抖動(dòng)是必須解決的關(guān)鍵問題。

另外，高超聲速飛行器氣動(dòng)加熱引起的高溫出現(xiàn)在天線罩、艙體、電纜罩等飛行器部件的外表面。由于飛行器內(nèi)部安裝有電子儀器、雷達(dá)、戰(zhàn)斗部、控制系統(tǒng)等部件和設(shè)備，必須使用高效熱防護(hù)材料最大限度地遲滯表面熱量向內(nèi)部傳遞。高效隔熱材料使得飛行器外表面溫度與內(nèi)部溫度差別很大。因此在地面試驗(yàn)時(shí)，必須模擬與氣動(dòng)加熱狀態(tài)近似的具有熱面和冷面差別的單側(cè)面熱試驗(yàn)環(huán)境，并獲得高溫氧化環(huán)境下部件受熱前表面變形的清晰的高溫散斑圖像并據(jù)此獲得受熱面的全場(chǎng)變形。為高超聲速飛行器受熱部件的熱強(qiáng)度分析及安全可靠性設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)測(cè)試手段和技術(shù)支撐。

本發(fā)明綜合采用多層次多區(qū)段空間封閉及區(qū)域隔離措施，在光學(xué)信息有效傳遞路徑內(nèi)抑制熱空氣的抖動(dòng)，以獲得單側(cè)面加熱、有氧高溫環(huán)境下部件前表面變形的清晰光學(xué)散斑圖像及全場(chǎng)變形。為高溫氧化環(huán)境下高速飛行器受熱部件的熱強(qiáng)度分析及安全可靠性設(shè)計(jì)提供重要的試驗(yàn)測(cè)試手段。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為：在有氧高溫環(huán)境中基于非接觸式光學(xué)方法進(jìn)行高溫變形測(cè)量時(shí)，抑制光路中熱空氣抖動(dòng)對(duì)圖像的影響，獲得清晰的1200℃熱面散斑圖像及全場(chǎng)高溫變形。