CN114324733A - 一种烧蚀试验热流自动调节***及方法 - Google Patents
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Abstract
一种烧蚀试验热流自动调节***及方法，包括热源(氧‑乙炔焰、等离子射流等)及试样精确移位***，试样精确移位***由步进电机(或伺服电机)驱动，通过PLC(可编程序控制器)控制其行程，PLC连接测试电脑，测试电脑输入试样行程；开启热源，待稳定后，用热流密度测定装置(热流传感器)标定不同烧蚀距离下的热流密度值；根据试验要求的热流曲线，设定试样行程，实现自动调节试验热流。
Description
技术领域
本发明涉及一种烧蚀试验热流自动调节***及方法，属于材料性能测试领域，适用于飞行器热防护结构材料烧蚀试验。
背景技术
烧蚀是宇航产品热防护的重要手段。无论是运载火箭底部热防护结构，还是穿越大气层的高超声速飞行器外防热涂层，都是通过材料的烧蚀，达到热防护的目的。地面烧蚀试验是验证结构材料热防护性能的主要手段。目前普遍采用的烧蚀试验方法有：氧-乙炔烧蚀、等离子烧蚀、电弧风洞烧蚀等。其中的氧-乙炔烧蚀，由于其试验设备相对简单，试验费用低廉，试验周期短等特点，被广泛采用。
随着产品设计水平的提高，对热防护材料烧蚀性能验证试验的要求更加细化、量化。例如运载火箭的底部防热裙材料的烧蚀试验，要求根据实际工况的热流大小进行烧蚀，如图2所示，在整个工作过程中，热流密度需要在不同值之间进行切换，且烧蚀时间要持续整个工作过程。烧蚀试验中，热流调节是试验有效性的关键和难点。传统的改变热源输出调节热流方法，会引起热流不稳，热流密度值响应时间不确定，与设计的热流曲线符合性差，造成试样烧蚀不足或过度烧蚀，不能代表产品真实工作状况。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种烧蚀试验热流自动调节***及方法，保证热环境模拟精度。
本发明的技术解决方案是：
一种烧蚀试验热流自动调节***，包括：热源、试样精确移位***以及控制***，热源在烧蚀台上固定不动，在烧蚀过程中，在控制***的控制下，烧蚀试样通过试样精确移位***自动改变与热源之间的直线距离，实现自动调节烧蚀热流。
进一步的，所述热源采用氧-乙炔焰或者等离子射流。
进一步的，试样精确移位***包括：XY十字工作平台、驱动电机；控制***包括可编程序控制器PLC以及测试电脑；
烧蚀试样安装在XY十字工作平台上，驱动电机包括X向和Y向两个，分别用于驱动XY十字工作平台沿平面上的X方向和Y方向移动；测试电脑发送控制指令和控制参数给可编程序控制器PLC，通过可编程序控制器PLC控制驱动电机工作。
进一步的，平面上的X方向和Y方向互相垂直，X方向即为XY十字工作平台与热源之间连线的方向。
进一步的，热源固定在烧蚀台上，试样烧蚀过程中，热源输出参数保持稳定。
进一步的，通过可编程序控制器PLC自动控制驱动电机工作，进而改变烧蚀试样与热源之间的直线距离，即烧蚀距离，实现自动调节烧蚀热流。
进一步的，本发明还提出一种烧蚀试验热流自动调节方法，步骤如下：
步骤一、开启热源，适当调节热源参数，待热流稳定后，用热流传感器标定不同烧蚀距离的热流密度值，得到烧蚀距离—热流密度曲线；
步骤二、根据试验要求的热流密度-时间曲线以及步骤一标定得到的烧蚀距离—热流密度曲线，得到试样烧蚀过程中的烧蚀距离随时间变化的进程，并通过测试电脑输入；
步骤三、安装烧蚀试样，开通冷却水，点燃热源，待热源输出参数恒定到标定状态后，启动试样精确移位***，烧蚀试样进入烧蚀位置，根据测试电脑输入的烧蚀距离随时间变化的进程，完成烧蚀试验，达到烧蚀热流自动调节的目的。
进一步的，所述冷却水设置在热源周围以及烧蚀试样周围，用于冷却。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明通过自动调节烧蚀试验热流，极大地提高了烧蚀试验热环境的模拟精度，避免了用手动调节烧蚀热流引起的热环境不稳定问题；
(2)本发明采用改变烧蚀距离达到改变热流密度值的方法，增加了烧蚀试验过程中热流的可调范围；
(3)本发明自动调节烧蚀试验热流，减少了人为操作因素，既提高了试验的客观性，又改善了人员的操作舒适性。
附图说明
图1为本发明装置组成示意图；
图2为某火箭助推器底部热流条件示意图；
图3为烧蚀距离—热流密度关系曲线；
图中标号：1.热源；2.XY十字工作平台；3.烧蚀试样；4.驱动电机；5.可编程序控制器(PLC)；6.测试电脑。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
本发明采用的装置为热源固定，烧蚀试样根据热流需要，自动进行移位，以期达到自动调节试验热流的目的。
如图1所示，本发明提出一种烧蚀试验热流自动调节***，包括：热源、试样精确移位***以及控制***，热源在烧蚀台上固定不动，在烧蚀过程中，在控制***的控制下，烧蚀试样通过试样精确移位***自动改变与热源之间的直线距离，实现自动调节烧蚀热流。
优选的，所述热源采用氧-乙炔焰或者等离子射流。
如图1所示，试样精确移位***包括：XY十字工作平台、驱动电机；控制***包括可编程序控制器PLC以及测试电脑；
烧蚀试样安装在XY十字工作平台上，驱动电机包括X向和Y向两个，分别用于驱动XY十字工作平台沿平面上的X方向和Y方向移动；测试电脑发送控制指令和控制参数给可编程序控制器PLC，通过可编程序控制器PLC控制驱动电机工作。
平面上的X方向和Y方向互相垂直，X方向即为XY十字工作平台与热源之间连线的方向。
热源固定在烧蚀台上，试样烧蚀过程中，热源输出参数保持稳定。通过可编程序控制器PLC自动控制驱动电机工作，进而改变烧蚀试样与热源之间的直线距离，即烧蚀距离，实现自动调节烧蚀热流。
本发明提出的烧蚀试验热流自动调节方法，步骤如下：
步骤一、开启热源，适当调节热源参数，待热流稳定后，用热流传感器标定不同烧蚀距离的热流密度值，得到烧蚀距离—热流密度曲线，如图3所示；热流密度值范围覆盖试验要求的热流值。
步骤二、根据试验要求的热流密度-时间曲线，如图2所示，以及步骤一标定得到的烧蚀距离—热流密度曲线，找出相应的热流值所对应的烧蚀距离，得到试样烧蚀过程中的烧蚀距离随时间变化的进程，并通过测试电脑输入；
步骤三、安装烧蚀试样，开通冷却水，点燃热源，待热源输出参数恒定到标定状态后，启动试样精确移位***，烧蚀试样进入烧蚀位置，根据测试电脑输入的烧蚀距离随时间变化的进程，完成烧蚀试验，达到烧蚀热流自动调节的目的。所述冷却水设置在热源周围以及烧蚀试样周围，用于冷却。
本发明通过自动调节烧蚀试验热流，极大地提高了烧蚀试验热环境的模拟精度，避免了用手动调节烧蚀热流引起的热环境不稳定问题。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (8)
1.一种烧蚀试验热流自动调节***，其特征在于包括：热源、试样精确移位***以及控制***，热源在烧蚀台上固定不动，在烧蚀过程中，在控制***的控制下，烧蚀试样通过试样精确移位***自动改变与热源之间的直线距离，实现自动调节烧蚀热流。
2.根据权利要求1所述的一种烧蚀试验热流自动调节***，其特征在于：所述热源采用氧-乙炔焰或者等离子射流。
3.根据权利要求1所述的一种烧蚀试验热流自动调节***，其特征在于：试样精确移位***包括：XY十字工作平台、驱动电机；控制***包括可编程序控制器PLC以及测试电脑；
烧蚀试样安装在XY十字工作平台上，驱动电机包括X向和Y向两个，分别用于驱动XY十字工作平台沿平面上的X方向和Y方向移动；测试电脑发送控制指令和控制参数给可编程序控制器PLC，通过可编程序控制器PLC控制驱动电机工作。
4.根据权利要求3所述的一种烧蚀试验热流自动调节***，其特征在于：平面上的X方向和Y方向互相垂直，X方向即为XY十字工作平台与热源之间连线的方向。
5.根据权利要求1所述的一种烧蚀试验热流自动调节***，其特征在于：热源固定在烧蚀台上，试样烧蚀过程中，热源输出参数保持稳定。
6.根据权利要求1所述的一种烧蚀试验热流自动调节***，其特征在于：通过可编程序控制器PLC自动控制驱动电机工作，进而改变烧蚀试样与热源之间的直线距离，即烧蚀距离，实现自动调节烧蚀热流。
7.一种根据权利要求1～6中任一项所述的烧蚀试验热流自动调节***实现的烧蚀试验热流自动调节方法，其特征在于步骤如下：
步骤一、开启热源，适当调节热源参数，待热流稳定后，用热流传感器标定不同烧蚀距离的热流密度值，得到烧蚀距离—热流密度曲线；
步骤二、根据试验要求的热流密度-时间曲线以及步骤一标定得到的烧蚀距离—热流密度曲线，得到试样烧蚀过程中的烧蚀距离随时间变化的进程，并通过测试电脑输入；
步骤三、安装烧蚀试样，开通冷却水，点燃热源，待热源输出参数恒定到标定状态后，启动试样精确移位***，烧蚀试样进入烧蚀位置，根据测试电脑输入的烧蚀距离随时间变化的进程，完成烧蚀试验，达到烧蚀热流自动调节的目的。
8.根据权利要求7所述的烧蚀试验热流自动调节方法，其特征在于：所述冷却水设置在热源周围以及烧蚀试样周围，用于冷却。
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2021
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