(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010882459.4
(22)申请日 2020.08.28
(71)申请人 北京千河空间科技有限公司
地址 100000 北京市房山区良乡凯旋大街
建设路18号—D10851
(72)发明人 刘丽娟 宋逍潇 梁添勇
(74)专利代理机构 北京沁优知识产权代理有限
公司 11684
代理人 郭峰
(51)Int.Cl.
G01N 27/00(2006.01)
(54)发明名称
装置及飞行器
(57)摘要
本发明提供了一种飞行器表面烧蚀后退量
测量方法，所述飞行器表面包括防热层，所述防
热层内设置测量元件，所述测量元件厚度与防热
层相同，所述测量元件包括多个测量位置；所述
测量方法包括步骤：距离信息获取、到达时间获
取、烧蚀速度计算，根据所述距离信息和到达时
间计算烧蚀速度。所述测量元件包括有多个测量
位置，分别获取烧蚀至各个测量位置的到达时
间，通过烧蚀量与到达时间能够推算烧蚀速度，
提高获得信息的精确度；本发明提供了一种飞行
器表面烧蚀后退量计量装置，根据输入电压与输
控烧蚀量，获取烧蚀进度；本发明还提供了一种
飞行器，
搭载所述计量装置。权利要求书2页 说明书10页 附图2页CN 112067662 A 2020.12.11
C N 112067662
A
1.一种飞行器表面烧蚀后退量测量方法，所述飞行器表面包括防热层，其特征在于：所述防热层内设置有测量元件，所述测量元件包括多个测量位置，多个所述测量位置与防热层外表面的距离不相等，所述测量方法包括以下步骤：
距离信息获取，获取每个测量位置与防热层外表面的距离信息；
到达时间获取，分别获取烧蚀至各个测量位置的到达时间；
烧蚀速度计算，根据所述距离信息和到达时间计算烧蚀速度。
2.根据权利要求1所述的飞行器表面烧蚀后退量测量方法，其特征在于：所述测量位置上设置有测试线，
所述测试线之间不相交，所述测试线数量与测量位置数量相等，多条所述测试线由防热层外层向内侧均匀排布，相邻所述测试线之间距离相等。
3.根据权利要求2所述的飞行器表面烧蚀后退量测量方法，其特征在于：所述测量元件内部设置有测量电路，所述测试线为测量电路中的导线，根据测试线与防热层外表面的距离由小到大的设测试线分别为I1、I2、I3、……I N；
设所述测量电路由烧蚀导致断开的测试线为I i，I i为I1、I2、I3、……I N中的任一条，获取I1到防热层外表面的距离信息为d1、I2到防热层外表面的距离信息为d2、I3到防热层外表面的距离信息为d3、……I N到防热层外表面的距离信息为d N；
输出d i为I i烧蚀断开时的烧蚀量。
4.根据权利要求3所述的飞行器表面烧蚀后退量测量方法，其特征在于：所述到达时间获取包括：
接收每条测试线的输出子信号，所述输出子信号包括第一输出信号、第二输出信号，所述第一输出信号为测试线连通时输出的信号，所述第二输出信号为测试线断开时输出的信号；
根据每条测试线的输出子信号获得测量电路的输出信号；
根据测量电路的输出信号获得到达时间。
5.根据权利要求3所述的飞行器表面烧蚀后退量测量方法，其特征在于：所述到达时间获取包括；设所述测量电路的输入电压为U in，输出电压为U out，当没有测试线断开时，U out＝U in，
I i断开时输出电压与输入电压的关系为：
记录输出电压变化时间为I i断开时间。
6.根据权利要求1-5任一项所述的飞行器表面烧蚀后退量测量方法，其特征在于：设烧蚀测试开始时的时间为T0，所述烧蚀速度计算包括全程速度计算，所述全程速度计算的步骤包括：
获取各个测试线的断开时间；
输出最大的断开时间T g，将T g对应的测试线记录为终点测试线，设终点测试线为I g；
获取所述终点测试线与防热层外表面的距离信息d g；
所述全程速度计算根据公式：
7.根据权利要求6所述的飞行器表面烧蚀后退量测量方法，其特征在于：所述烧蚀速度计算包括还阶段速度计算，所述阶段速度为烧蚀测试中中间阶段的烧蚀速度，所述阶段速度计算的步骤包括；
获取需要计算阶段的开始测试线和结束测试线，设开始测试线为I A，结束测试线I B，g＞B＞A；
接收开始测试线为I A到防热层外表面的距离信息为d A，开始测试线为I B到防热层外表面的距离信息为d B；
接收I A的断开时间T A,I B的断开时间T B；
所述阶段速度计算根据公式，
8.一种飞行器表面烧蚀后退量计量装置，其特征在于：所述计量装置包括测量元件，所述测量元件包括多个测量位置；
所述计量装置还包括：
距离信息获取模块，用于获取每个测量位置与测量元件初始高度位置的距离信息；
到达时间获取模块，用于分别获取烧蚀至各个测量位置的到达时间；
烧蚀速度计算模块，用于根据所述距离信息和到达时间计算烧蚀速度。
9.根据权利要求8所述的飞行器表面烧蚀后退量计量装置，其特征在于：所述烧蚀速度计算模块包括还阶段速度计算子模块，所述阶段速度计算子模块包括；
获取需要计算阶段的开始测试线和结束测试线，设开始测试线为I A，结束测试线I B，g＞B＞A；
接收开始测试线为I A到防热层外表面的距离信息为d A，开始测试线为I B到防热层外表面的距离信息为d B；
接收I A的断开时间T A,I B的断开时间T B；
所述阶段速度计算根据公式，
10.一种飞行器，其特征在于：所述飞行器包括如权利要求8或9所述的飞行器表面烧蚀后退量计量装置。
一种飞行器表面烧蚀后退量测量方法、计量装置及飞行器
技术领域
[0001]本发明涉及航天飞行器技术领域，尤其涉及一种飞行器表面烧蚀后退量测量方法、计量装置及飞行器。
背景技术
[0002]航天飞行器再入大气层时，结构外表面承受高速飞行带来的高温环境，最高温度可超过2000℃。一般金属结构难以承受此高温，因此一般需要在金属结构外部覆盖一层耐高温的复合材料结构，称为防热层。在高温作用下，防热层外表面会发生燃烧，燃烧会带走表面物质，从而使得防热层表面产生后退现象，称为表面烧蚀后退量。航天飞行器在大气层内飞行，需要控制防热层的表面后退烧蚀量，避免内部结构和仪器设备暴露在高温环境下，以确保航天飞行器能够正常工作。由于高温下防热层的烧蚀是一个涉及物理、化学变化的复杂过程，目前需要通过地面风洞试验的方法模拟航天飞行器进入大气层过程，并实际测量防热层表面烧蚀后退量，以便对防热层方案的合理性进行评估。
[0003]不论是航天飞行器进入大气层还是在地面采用风洞试验进行模拟，航天飞行器结构表面的温度都非常高，因此测量表面烧蚀后退量非常困难。目前采用的方法主要是在地面风洞试验前测量结构的初始
厚度，然后进行风洞模拟试验，使得结构表面产生烧蚀后退，待试验结束之后，结构冷却到室温，再测量结构的剩余厚度，用初始厚度减去剩余厚度，得到总的表面烧蚀后退量。目前的方法只能得知总的烧蚀量，无法获得试验过程中的表面烧蚀后退量，进而也无法得知烧蚀速度，获得的信息十分有限。
[0004]因此，本领域亟需一种飞行器表面烧蚀后退量测量方法、计量装置及飞行器。[0005]有鉴于此，提出本发明。
发明内容
[0006]本发明的目的在于提供一种飞行器表面烧蚀后退量测量方法、计量装置及飞行器，以解决上述至少一个技术问题。
[0007]本发明提供了一种飞行器表面烧蚀后退量测量方法，所述飞行器表面包括防热层，所述防热层内设置有测量元件，所述测量元件包括多个测量位置，多个所述测量位置与防热层外表面的距离不相等，所述测量方法包括步骤：
[0008]距离信息获取，获取每个测量位置与防热层外表面的距离信息；
[0009]到达时间获取，分别获取烧蚀至各个测量位置的到达时间；
[0010]烧蚀速度计算，根据所述距离信息和到达时间计算烧蚀速度。
[0011]采用上述方案，所述测量元件内有多个测量位置，当烧蚀至任一个测量位置时，即可得知烧蚀至任一个测量位置的烧蚀量，对每个测量位置进行监控，分别获取烧蚀至各个测量位置的到达时间，通过烧蚀量与到达时间能够推算烧蚀速度，提高获得信息的精确度，同时提高信息获取的丰富度。
[0012]进一步地，所述测量位置上设置有测试线，所述测试线之间不相交，所述测试线数
量与测量位置数量相等，多条所述测试线由防热层外层向内侧均匀排布，相邻所述测试线之间距离相等。
[0013]采用上述方案，当烧蚀至测试线时，可知已经烧蚀至该位置，多条所述测试线由防热层外表面向内表面分层设置，在保证测试精确度的前提下降低测试线数量，降低测量元件设置难度，减低监测难度。
[0014]进一步地，所述测量元件内部设置有测量电路，所述测试线为测量电路中的导线，所述导线内所传输的信号可以为光信号或电信号，根据测试线与防热层外表面的距离由小到大的设测试线分别为I1、I2、I3、……I N；
[0015]设所述测量电路由烧蚀导致断开的测试线为I i，I i为I1、I2、I3、……I N中的任一条，获取I1到防热层外表面的距离信息为d1、I2到防热层外表面的距离信息为d2、I3到防热层外表面的距离信息为d3、……I N到防热层外表面的距离信息为d N；
[0016]输出d i为I i烧蚀断开时的烧蚀量。
[0017]采用上述方案，当烧蚀至测量电路中的导线时，根据该导线到防热层外表面的距离即可得知烧蚀量，方便快捷；导线被烧蚀断会引起电路中的输出信号变化，输出信号变化时间即为烧蚀至导线断开时间，精准记录烧蚀时间。
[0018]进一步地，所述到达时间获取包括：
[0019]接收每条测试线的输出子信号，所述输出子信号包括第一输出信号、第二输出信号，所述第一输出信号为测试线连通时输出的信号，所述第二输出信号为测试线断开时输出的信号；
[0020]根据每条测试线的输出子信号获得测量电路的输出信号；
[0021]根据测量电路的输出信号获得到达时间。
[0022]采用上述方案，根据输出信号变化情况能够判断哪个测试线断开，精确监控烧蚀量，获取烧蚀进度，根据电路中的输出信号变化精准记录信号变化时间，提高信息获取精确度。
[0023]进一步地，所述到达时间获取包括；设所述测量电路的输入电压为U in，输出电压为U out，当没有测试线断开时，U out＝U in，
[0024]I i断开时输出电压与输入电压的关系为：
[0025]
[0026]记录输出电压变化时间为I i断开时间。
[0027]采用上述方案，根据电压变化情况能够判断哪个测试线断开，精确监控烧蚀量，获取烧蚀进度，根据电路中的电压变化精准记录信号变化时间，提高信息获取精确度。[0028]进一步地，设烧蚀测试开始时的时间为T0，所述烧蚀速度计算包括全程速度计算，所述全程速度计算的步骤包括：
[0029]获取各个测试线的断开时间；
[0030]输出最大的断开时间T g，将T g对应的测试线记录为终点测试线，设终点测试线为I g；
[0031]获取所述终点测试线与防热层外表面的距离信息d g；
[0032]所述全程速度计算根据公式：
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