[發(fā)明專利]空天飛行器結(jié)構(gòu)用梯度熱沖擊與熱疲勞試驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210861855.8
• 申請(qǐng)日: 2022-07-22
• 公開（公告）號(hào): CN114923724B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王鐵軍;江鵬;孫帆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M99/00
• 分類號(hào): G01M99/00;B64F5/60;G01J5/00;H05B6/00
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 魏法祥

1.空天飛行器結(jié)構(gòu)用梯度熱沖擊與熱疲勞試驗(yàn)方法，其特征在于：通過(guò)空天飛行器結(jié)構(gòu)用梯度熱沖擊與熱疲勞試驗(yàn)裝置進(jìn)行梯度熱沖擊與熱疲勞試驗(yàn)方法，所述梯度熱沖擊與熱疲勞試驗(yàn)裝置包括控制箱（1）和滑動(dòng)設(shè)置在所述控制箱（1）上且用于夾持結(jié)構(gòu)試樣（2）的夾持機(jī)構(gòu)，所述控制箱（1）上還設(shè)置有用于對(duì)所述結(jié)構(gòu)試樣（2）沖擊加熱的升溫機(jī)構(gòu)、用于使所述結(jié)構(gòu)試樣（2）降溫的降溫機(jī)構(gòu)和用于測(cè)量所述結(jié)構(gòu)試樣（2）溫度的測(cè)溫機(jī)構(gòu)，所述控制箱（1）上設(shè)置有供所述夾持機(jī)構(gòu)滑移的滑軌；

所述夾持機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述滑軌上的第一滑板（5）和設(shè)置在所述第一滑板（5）上的夾具（7），所述夾具（7）內(nèi)夾持有所述結(jié)構(gòu)試樣（2）；

所述升溫機(jī)構(gòu)包括位于所述滑軌左端的光纖激光器（14）、以及位于所述光纖激光器（14）和所述結(jié)構(gòu)試樣（2）之間的光學(xué)鏡片（12），所述控制箱（1）內(nèi)設(shè)置有用于控制所述光纖激光器（14）功率的控制器，所述光學(xué)鏡片（12）通過(guò)第二滑板（10）安裝在所述滑軌上，所述光纖激光器（14）中射出的激光通過(guò)所述光學(xué)鏡片（12）聚焦在所述結(jié)構(gòu)試樣（2）的左側(cè)面上；

所述降溫機(jī)構(gòu)包括位于所述滑軌右端并向所述結(jié)構(gòu)試樣（2）的右側(cè)面輸送冷氣的冷氣管（18）；

所述測(cè)溫機(jī)構(gòu)包括分別用于采集所述結(jié)構(gòu)試樣（2）左右面溫度的左紅外測(cè)溫儀（15）和右紅外測(cè)溫儀（17），所述左紅外測(cè)溫儀（15）和所述右紅外測(cè)溫儀（17）分別位于所述滑軌的兩端；

該方法包括以下步驟：

步驟一、確定梯度溫度載荷目標(biāo)值：根據(jù)空天飛行器的真實(shí)工作情況，確定梯度熱沖擊與熱疲勞試驗(yàn)中在不同時(shí)刻需要對(duì)結(jié)構(gòu)試樣（2）施加的梯度溫度載荷目標(biāo)值，所述梯度溫度載荷目標(biāo)值包括第一溫度載荷目標(biāo)值和第二溫度載荷目標(biāo)值；

步驟二、進(jìn)行梯度熱沖擊與熱疲勞試驗(yàn)：在不同時(shí)刻對(duì)所述結(jié)構(gòu)試樣（2）施加相應(yīng)時(shí)刻的溫度載荷，并通過(guò)左紅外測(cè)溫儀（15）持續(xù)采集所述結(jié)構(gòu)試樣（2）左側(cè)面的左側(cè)實(shí)時(shí)溫度值，通過(guò)右紅外測(cè)溫儀（17）持續(xù)采集所述結(jié)構(gòu)試樣（2）右側(cè)面的右側(cè)實(shí)時(shí)溫度值，使所述左側(cè)實(shí)時(shí)溫度值符合相應(yīng)時(shí)刻的所述第一溫度載荷目標(biāo)值，使所述右側(cè)實(shí)時(shí)溫度值符合相應(yīng)時(shí)刻的所述第二溫度載荷目標(biāo)值；

所述溫度載荷包括升溫載荷、降溫載荷和梯度溫度場(chǎng)載荷，當(dāng)需要對(duì)所述結(jié)構(gòu)試樣（2）施加升溫載荷時(shí)，執(zhí)行步驟三；當(dāng)需要對(duì)所述結(jié)構(gòu)試樣（2）施加降溫載荷時(shí)，執(zhí)行步驟四；當(dāng)需要對(duì)所述結(jié)構(gòu)試樣（2）施加梯度溫度場(chǎng)載荷時(shí)，執(zhí)行步驟五；

步驟三、施加升溫載荷：開啟所述光纖激光器（14），調(diào)節(jié)所述結(jié)構(gòu)試樣（2）與所述光學(xué)鏡片（12）在滑軌上的位置，使所述光纖激光器（14）中射出的激光通過(guò)所述光學(xué)鏡片（12）聚焦在所述結(jié)構(gòu)試樣（2）的左側(cè)面上；

當(dāng)所述左側(cè)實(shí)時(shí)溫度值不符合所述第一溫度載荷目標(biāo)值時(shí)，通過(guò)所述控制器調(diào)節(jié)所述光纖激光器（14）的功率，來(lái)改變所述結(jié)構(gòu)試樣（2）所接收到的熱流密度，直至所述左側(cè)實(shí)時(shí)溫度值符合所述第一溫度載荷目標(biāo)值；

步驟四、施加降溫載荷：通過(guò)冷氣管（18）向所述結(jié)構(gòu)試樣（2）輸送冷氣，直至所述右側(cè)實(shí)時(shí)溫度值符合所述第二溫度載荷目標(biāo)值；

步驟五、施加梯度溫度場(chǎng)載荷：開啟所述光纖激光器（14），同時(shí)通過(guò)冷氣管（18）向所述結(jié)構(gòu)試樣（2）輸送冷氣，使所述結(jié)構(gòu)試樣（2）上的溫度呈現(xiàn)梯度分布；

當(dāng)所述左側(cè)實(shí)時(shí)溫度值不符合所述第一溫度載荷目標(biāo)值時(shí)，通過(guò)所述控制器調(diào)節(jié)所述光纖激光器（14）的功率，來(lái)改變所述結(jié)構(gòu)試樣（2）所接收到的熱流密度，直至所述左側(cè)實(shí)時(shí)溫度值符合所述第一溫度載荷目標(biāo)值；

步驟三和步驟五中，所述控制器調(diào)節(jié)所述光纖激光器（14）功率的具體過(guò)程為：根據(jù)公式，得到控制率，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述光纖激光器（14）的功率；

其中，為比例項(xiàng)，且，為比例項(xiàng)的權(quán)重參數(shù)，為所述左側(cè)實(shí)時(shí)溫度值與所述第一溫度載荷目標(biāo)值的殘余誤差函數(shù)，為所述光纖激光器（14）的工作時(shí)間；

其中，為微分項(xiàng)，且，為微分項(xiàng)的權(quán)重參數(shù)；

其中，為衰減積分項(xiàng)，，且取或，為衰減積分項(xiàng)的權(quán)重參數(shù)，為所述光纖激光器（14）工作的第時(shí)刻，為第0時(shí)刻至第時(shí)刻之間的變量，為衰減系數(shù)，為第時(shí)刻所述左側(cè)實(shí)時(shí)溫度值與所述第一溫度載荷目標(biāo)值的殘余誤差值，為求取最小函數(shù)，為衰減的最大幅值，為求取最大函數(shù)，為衰減的最小幅值；

其中，為積分前饋?lái)?xiàng)，且，為積分前饋?lái)?xiàng)的權(quán)重參數(shù)，為所述第一溫度載荷目標(biāo)值第時(shí)刻的曲線梯度；

其中，為動(dòng)態(tài)補(bǔ)償項(xiàng)，且，為動(dòng)態(tài)補(bǔ)償項(xiàng)的權(quán)重參數(shù)，為所述第一溫度載荷目標(biāo)值第時(shí)刻的前一時(shí)刻的曲線梯度。