一种用于航空构件的热辐射试验平台的制作方法

1.本发明属于飞机设计技术领域，具体是一种用于航空构件的热辐射试验平台。

背景技术：

2.飞机在极端环境下对刹车材料的性能要求越来越严苛，传统的金属材料已无法满足其在使用温度上要求，新型高温隔热材料和先进高效的隔热结构设计的发展，直接决定着未来飞机的性能指标和研制方向。研究表明，当飞机处于高于其允许温度20℃的温度环境工作时，故障率增加8倍。热保护系统对于飞机刹车结构的总体设计和性能具有举足轻重的地位。因此对飞机刹车结构隔热和防热性能的研究迫在眉睫，根据刹车主机轮在工作中的热载荷谱，开展结构隔热性能的瞬态模拟仿真计算，搭建国内首个地面空间热辐射试验平台，开展热辐射试验，用于验证刹车主机轮热结构设计的合理性；缩短了产品设计周期，提高了飞机作战效率，增强飞机战斗力，因此能够产生重要的军事效益。
3.随着飞机战技指标不断升级，对飞机刹车结构的体积和重量要求越来越苛刻，对单位面积的承载能力和热防护指标越来越高，导致设计工作难度越来越大，传统的试错法研制周期过长，无法满足现阶段军机研制的节点紧、任务重的目标，因此前期的试验验证就显得尤为重要。
4.国外没有公开相关热辐射试验平台资料，导致热辐射试验开展存在问题。因此无法准确预测飞机结构的温度场分布水平，不具备指导飞机产品热设计的基本能力。

技术实现要素：

5.为了克服现有存在的无法准确预测飞机结构的温度场分布水平，不具备指导飞机产品热设计的基本能力，本发明提出了一种用于航空构件的热辐射试验平台。
6.本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.一种用于航空构件的热辐射试验平台主要由电源系统、控制系统、辐射加热装置、冷却水塔组成；控制系统为中枢神经，分别控制电源系统、冷却水塔、辐射加热装置，控制电源系统为控制系统、辐射加热装置、冷却水塔提供各自所需要的电力；控制冷却水塔向辐射加热装置提供冷却水；控制辐射加热装置对试验件进行加热。
8.控制系统包括多通道协调控制系统和温度测试系统；多通道协调控制系统控制和温度测试系统分别控制电源系统、冷却水塔，温度测试系统用于测量辐射加热装置中航空构件的温度,并将航空构件的温度反馈给多通道协调系统。
9.控制系统具有各类载荷数据的控制、采集功能，使用闭环控制原理，对航空构件按所需加热温度进行控制，采集辐射加热试验装置的温度并加以控制。
10.辐射加热装置由灯管、外罩、支架、进水管、出水管、隔热毡、电极组成。
11.灯管位于支架上，灯管、支架位于外罩内部；在外罩与支架之间设置有隔热毡，隔热毡起隔热作用；在支架的两端，分别设置有进水管和出水管，进水管和出水管与冷却水塔连接，使冷却水塔的冷却水通过进水管流入支架，并通过出水管流出，返回到冷却水塔。
12.外罩为方形钢管焊接而成的结构件，空心的长方体形的6个面；距离加热区域的结构件可在管内注水循环降温，持续提供足够的荷载强度；外罩作为保护装置，用于建立封闭的试验环境，保证热辐射试验温度稳定。
13.冷却水塔持续提供循环冷却水。
14.上述的热辐射试验平台，所述电源系统可提供直流电压，通过控制系统实现对输出直流电压的调节，从而控制加热辐射加热装置。
15.上述的热辐射试验平台，所述多通道协调控制系统具有各类载荷数据的控制功能，将热载荷信号送入温度测试系统，以控制辐射加热试验装置。
16.所述温度测试系统包括静态测试系统与温度采集系统，采用模块式设计，通过网络传输数据，可实时对航空构件的温度进行采集、传送、存盘、显示。
17.所述静态测试系统是全智能化的数据采集系统，具有通道自检功能,用于控制电源系统、冷却水塔；对采集的航空构件的温度进行传送、存盘、显示。
18.所述温度采集系统用于采集航空构件的温度，通过反馈给温度测试系统信号，以控制辐射加热装置。
19.上述的热辐射试验平台，所述灯管为辐射光源，释放热能，额定电压为220v，额定功率为4.3kw，为石英加热灯管。
20.所述灯管的位置依航空构件结构形状进行布局，可根据试验件要求的温度进行位置、间距调整，以保证试验件各部分温度与其在航空应用的中使用条件一致。
21.上述的热辐射试验平台，所述支架包括灯管座、支架主体、电极、绝缘套；所述灯管座位于支架主体上，灯管座用于安装灯管，灯管的电源线沿支架主体与所述电极连接，在进水管和出水管的外侧设置有电极，在电极的外侧设置有绝缘套，所述绝缘套位于电极和外罩之间，使电极与外罩之间绝缘；电极、绝缘套、进水管、出水管穿过外罩；支架主体的两端分别与进水管和出水管相连接。
22.所述支架主体为紫铜管材料制备，所述冷却水塔的冷却水流经紫铜管制成的支架主体，对所述支架主体进行冷却，防止所述支架主体变形、氧化。
23.所述支架主体根据测试件外形加工成相应形状。
24.本发明的有益效果是：
25.一种用于航空构件的热辐射试验平台，能够在产品设计初期，对热防护性能进行准确的评估，同时还可用于校核热仿真模型，试验测试过程准确、简单且方便，对飞机热防护设计提供技术支撑，在提高产品可靠性的同时，可显著降低重量，实现轻量化设计的要求。能够缩短产品研制周期，提高了飞机作战效率，增强飞机战斗力，对部队的战训提高意义重大。
26.一种用于航空构件的热辐射试验平台的辐射加热装置中的石英加热灯管组固定于支架上，作为辐射光源，安装方便，光源均匀稳定，产品表面加热均匀且温度易于控制,可准确的预测飞机构件温度场水平。
27.一种用于航空构件的热辐射试验平台可实现产品地面模拟与真实使用环境吻合度达到95％，成功解决由于忽略结构件自身热传递过程，无法表征结构件不同部位温度差异的问题；可准确预测产品在使用过程中的温度分布,为产品热设计提供技术支撑，避免产品因设计过程中未考虑充分导致热强度及热疲劳问题导致重大事故。采用有限元分析计算
得结构件温度最高值为516℃，温度最高部位为距离热源最近部位；采用本发明试验测试温度最高为526℃，温度最高部位为距离热源最近部位。某型飞机高温结构采用本文提出的地面空间热辐射试验平台得到的温度与仿真计算得到的最高温度值、部位完全一致。本发明能用于飞机高温结构温度场分析及指导高温结构的设计。
附图说明
28.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
29.图1是本发明示意图；
30.图2是辐射加热装置结构结构示意图；
31.图中，1.灯管；2.外罩；3.支架；4.进水管；5.出水管；6.隔热毡；7.电极。
具体实施方式
32.实施例
33.一种用于航空构件的热辐射试验平台，以航空构件为试验件，用于对试验件的热辐射性能进行地面试验测试。主要由电源系统、控制系统、辐射加热装置、冷却水塔组成，如图1所示。
34.控制系统为中枢神经，分别控制电源系统、冷却水塔、辐射加热装置；控制电源系统为控制系统、辐射加热装置、冷却水塔提供各自所需要的电力；控制冷却水塔向辐射加热装置提供冷却水，以降低辐射加热装置的温度；控制辐射加热装置对试验件进行加热。
35.电源系统为控制系统、辐射加热装置、冷却水塔提供电力。
36.电源系统可提供直流电压，通过控制系统实现对输出直流电压的调节，从而控制加热辐射加热装置。
37.控制系统包括多通道协调控制系统和温度测试系统。多通道协调控制系统控制和温度测试系统分别控制电源系统、冷却水塔，温度测试系统用于测量辐射加热装置中航空构件的温度,并将航空构件的温度反馈给多通道协调系统。
38.控制系统具有各类载荷数据的控制、采集功能，使用闭环控制原理，对航空构件按所需加热温度进行控制，采集辐射加热试验装置的温度并加以控制。具有精度高、功能强大等特点。
39.多通道协调控制系统具有各类载荷数据的控制功能，将热载荷信号送入温度测试系统，以控制辐射加热试验装置。
40.温度测试系统包括静态测试系统与温度采集系统，采用模块式设计，通过网络传输数据，可实时对航空构件的温度进行采集、传送、存盘、显示。
41.静态测试系统是全智能化的数据采集系统，具有通道自检功能,用于控制电源系统、冷却水塔。对采集的航空构件的温度进行传送、存盘、显示。
42.温度采集系统用于采集航空构件的温度，通过反馈给温度测试系统信号，以控制辐射加热装置。
43.辐射加热装置由灯管1、外罩2、支架3、进水管4、出水管5、隔热毡6、电极7组成，如图2所示。
44.灯管1位于支架3上，灯管1、支架3位于外罩2内部；在外罩2与支架3之间设置有隔
热毡6，隔热毡6起到隔热的作用；在支架3的两端，分别设置有进水管4和出水管5，进水管4和出水管5与冷却水塔连接，使冷却水塔的冷却水通过进水管4流入支架3，并通过出水管5流出，返回到冷却水塔；
45.灯管1为辐射光源，释放热能，额定电压为220v，额定功率为4.3kw，为石英加热灯管。
46.灯管1的位置依航空构件结构形状进行布局，可根据试验件要求的温度进行位置、间距调整，以保证试验件各部分温度与其在航空应用的中使用条件一致。
47.支架3包括灯管座、支架主体、电极7、绝缘套，灯管座位于支架主体上，灯管座用于安装灯管，灯管的电源线沿支架主体与电极7连接，在进水管4和出水管5的外侧设置有电极7，在电极7的外侧设置有绝缘套，绝缘套位于电极7和外罩2之间，使电极7与外罩2之间绝缘；电极7、绝缘套、进水管4、出水管5穿过外罩2；支架主体的两端分别与进水管4和出水管5相连接。
48.支架主体为紫铜管材料制备，冷却水塔的冷却水流经紫铜管制成的支架主体，对支架主体进行冷却，防止支架主体变形、氧化，克服因紫铜管制成的支架主体的变形、氧化导致灯管接触电阻增大，而发生烧毁或爆裂损坏的不足。
49.外罩2为方形钢管焊接而成结构件，空心的长方体形的6个面。距离加热区域的结构件可在管内注水循环降温，持续提供足够的荷载强度；外罩作为保护装置，用于建立封闭的试验环境，保证热辐射试验温度稳定，保证试验人员安全。
50.冷却水塔持续提供循环冷却水，用于降低辐射加热装置中的支架主体中的温度。
51.支架主体采用2根φ10mm紫铜管根据测试件外形加工成相应形状，紫铜管内由冷却水塔提供循环水降温，防止紫铜管变形、氧化导致灯管烧毁或灯管爆裂损坏。
52.一种用于航空构件的热辐射试验平台的测试过程如下：
53.步骤1，辐射加热装置的支架主体通冷却水
54.试验前先对辐射加热装置通冷却水，进行预加载调试，确保冷却循环水能够在紫铜管的支架中正常工作。
55.步骤2，试验件安装
56.将温度采集系统固定在试验件的内外形面相应测点处，将试验件输送至辐射加热装置的加热区域，完成试验件安装。
57.步骤3，控制系统安装
58.控制系统控制辐射加热装置，对飞机构件进行温度加载，通过调节灯管的两端的直流电压值，实现温度加载使试验件表面温度达到设定值。
59.步骤4，实验试验温度监测
60.采用温度采集系统实时监控航空构件表面温度变化,同时将测试结果反馈至多通道协调测试系统,反向作为辐射加热装置温度设置及结构热设计基础。
61.至此，热辐射试验平台的测试过程完成。

技术特征：

1.一种用于航空构件的热辐射试验平台，其特征在于，主要由电源系统、控制系统、辐射加热装置、冷却水塔组成；控制系统为中枢神经，分别控制电源系统、冷却水塔、辐射加热装置；控制电源系统为控制系统、辐射加热装置、冷却水塔提供各自所需要的电力；控制冷却水塔向辐射加热装置提供冷却水；控制辐射加热装置对试验件进行加热；控制系统包括多通道协调控制系统和温度测试系统；多通道协调控制系统控制和温度测试系统分别控制电源系统、冷却水塔，温度测试系统用于测量辐射加热装置中航空构件的温度,并将航空构件的温度反馈给多通道协调系统；控制系统具有各类载荷数据的控制、采集功能，使用闭环控制原理，对航空构件按所需加热温度进行控制，采集辐射加热试验装置的温度并加以控制；辐射加热装置由灯管(1)、外罩(2)、支架(3)、进水管(4)、出水管(5)、隔热毡(6)、电极(7)组成；灯管(1)位于支架(3)上，灯管(1)、支架(3)位于外罩(2)内部；在外罩(2)与支架(3)之间设置有隔热毡(6)，隔热毡(6)起隔热作用；在支架(3)的两端，分别设置有进水管(4)和出水管(5)，进水管(4)和出水管(5)与冷却水塔连接，使冷却水塔的冷却水通过进水管(4)流入支架(3)，并通过出水管(5)流出，返回到冷却水塔；外罩(2)为方形钢管焊接而成的结构件，空心的长方体形的6个面；距离加热区域的结构件可在管内注水循环降温，持续提供足够的荷载强度；外罩作为保护装置，用于建立封闭的试验环境，保证热辐射试验温度稳定；冷却水塔持续提供循环冷却水。2.根据权利要求1所述的用于航空构件的热辐射试验平台，其特征在于，所述电源系统可提供直流电压，通过控制系统实现对输出直流电压的调节，从而控制加热辐射加热装置。3.根据权利要求1所述的用于航空构件的热辐射试验平台，其特征在于，所述多通道协调控制系统具有各类载荷数据的控制功能，将热载荷信号送入温度测试系统，以控制辐射加热试验装置；所述温度测试系统包括静态测试系统与温度采集系统，采用模块式设计，通过网络传输数据，可实时对航空构件的温度进行采集、传送、存盘、显示；所述静态测试系统是全智能化的数据采集系统，具有通道自检功能,用于控制电源系统、冷却水塔；对采集的航空构件的温度进行传送、存盘、显示；所述温度采集系统用于采集航空构件的温度，通过反馈给温度测试系统信号，以控制辐射加热装置。4.根据权利要求1所述的用于航空构件的热辐射试验平台，其特征在于，所述灯管(1)为辐射光源，释放热能，额定电压为220v，额定功率为4.3kw，为石英加热灯管；所述灯管(1)的位置依航空构件结构形状进行布局，可根据试验件要求的温度进行位置、间距调整，以保证试验件各部分温度与其在航空应用的中使用条件一致。5.根据权利要求1所述的用于航空构件的热辐射试验平台，其特征在于，所述支架(3)包括灯管座、支架主体、电极(7)、绝缘套；所述灯管座位于支架主体上，灯管座用于安装灯管，灯管的电源线沿支架主体与所述电极(7)连接，在进水管(4)和出水管(5)的外侧设置有电极(7)，在电极(7)的外侧设置有绝缘套，所述绝缘套位于电极(7)和外罩(2)之间，使电极(7)与外罩(2)之间绝缘；电极(7)、绝缘套、进水管(4)、出水管(5)穿过外罩(2)；支架主体的
两端分别与进水管(4)和出水管(5)相连接；所述支架主体为紫铜管材料制备，所述冷却水塔的冷却水流经紫铜管制成的支架主体，对所述支架主体进行冷却，防止所述支架主体变形、氧化；所述支架主体根据测试件外形加工成相应形状。

技术总结

本发明涉及一种用于航空构件的热辐射试验平台，主要由电源系统、控制系统、辐射加热装置、冷却水塔组成。控制系统分别控制电源系统、冷却水塔、辐射加热装置，控制系统包括多通道协调控制系统和温度测试系统；辐射加热装置由灯管、外罩、支架、进水管、出水管、隔热毡、电极组成。灯管位于支架上，在外罩与支架之间设置有隔热毡，隔热毡起隔热作用；在支架的两端，分别设置有进水管和出水管，进水管和出水管与冷却水塔连接。本发明的灯管成组固定于支架上，作为辐射光源，安装方便，光源均匀稳定，试验件表面受热均匀，且温度易于控制；本发明可用于飞机结构件温度场分析及指导航空结构件的设计。计。计。