[发明专利]一种在金属翼形结构上产生可控温度梯度场的加热装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于航空航天地面刚度实验技术领域，涉及一种在金属翼形结构上产生可控温度梯度场的点阵加热装置和方法，特别涉及到利用逐点可控的多载荷点阵加热点对金属翼形结构的加热装置和方法。

背景技术

高速飞行器在实际飞行中由于其表面与大气剧烈摩擦，产生高温，而表面各处摩擦程度不同，造成温度不同，从而在飞行器表面形成温度梯度场。这种温度梯度场会对飞行器材料性能产生重要影响，甚至使材料性能急剧恶化，因此必须进行加热测试实验。在正常飞行状况下，对高速飞行器部件进行结构或力学响应检测困难大且成本高。本加热装置对翼型结构加热，加热方法精确控制试验件的温度梯度场，模拟正常飞行时高速飞行器部件的温度梯度场，方便进行各种测试。

常用的加热方法多为单一集中载荷，加载位置只在金属翼形结构的一端，这样的加载不能达到精确温度梯度场，又由于载荷集中加热惯性大等原因，造成加热可控性差，温度场达不到精确预期效果，并且加热对环境影响小，易于试验测量。

发明内容

本发明目的是提供一种通过多载荷点阵加热实现金属翼形结构达到所需温度梯度场并且进行精确加热控制的装置和方法。

本方法所采用的技术方案是：

一种在金属翼形结构上产生可控温度梯度场的加热方法，加热点采用点阵形式在金属翼形结构表面布置，分为规则布置和非规则布置，规则布置为等间距布置加热点，非规则布置为根据实际温度梯度要求布置加热点；加热部分与点阵加热点连接，提供加热点需要的热载荷，并选用易控、小面积加热源，如小面积感应加热线圈或激光束，并独立控制各加热点的载荷输入；风冷却部分吹风调节金属结构的对流换热，均衡热载荷在翼型金属结构上的热效应；通过金属翼形结构上的温度测量元件获得温度信号，并将温度信号输入控制系统，控制将温度信号与金属翼型结构预期温度梯度场比较计算，获得各个点阵加热点和风冷却部分的最佳输出功率，转换为相应的数字信号，输入到加热部分和风冷却部分，控制热载荷和风冷载荷，从而控制加热点邻近区域输入的热量，使各加热点邻近区域热量输入与散热导热的热量损失达到动态平衡，形成闭环控制，从而控制各区域输入的热量，即控制各区域达到预期温度，从而使被加热金属翼形结构整体达到并保持在期望得到的温度梯度场。

一种在金属翼形结构上产生可控温度梯度场的加热装置，由点阵加热点，加热部分，金属翼形结构，风冷却部分，温度测量部分，人机接口部分，控制部分组成；点阵加热点布置在金属翼形结构表面，加热部分对加热点提供热载荷；风冷却部分安装在机翼的上缘，其出风口与金属翼形结构平行，即其所吹风与金属翼形结构表面平行；温度测量部分的温度传感器分散安装在金属翼形结构表面，并与温度测量部分的信号调理器连接；控制部分与信号调理器相连，接收信号；人机接口与控制部分相连，设定需要温度值；控制部分与加热部分和风冷却部分连接，根据人机接口部分设定温度值，与接收温度信号，对点阵加热部分和风冷却部分进行控制；控制部分接收调理器传出的代表被加热金属翼形结构温度信息的电压或电流信号，并对信号进行计算处理，将其转换为被加热金属翼形结构的温度梯度场信息，根据与人机接口设定的温度梯度场进行比较计算，得到各个加热点的最佳输出功率，并转换成控制信号，输出控制信号，控制点阵加热部分各加热点的输出功率和风冷却部分的输出，形成闭环控制。

更具体地，加热部分为感应加热线圈或激光发生器，能够产生点载荷，输入到点阵加热点。

更具体地，各个点阵加热点的形状由所选加热部分决定可以为圆形或正方形。

更具体地，温度测量部分，包括有，能够测量翼形结构温度的多个接触或非接触式温度传感器，以及温度信号调理部分，接受所述温度传感器的测量信号，并将其转化为相应的电压或电流信号，传递给加热装置的控制部分，用于被加热结构的温度梯度场计算。

更具体地，风冷却部分产生与翼形结构平行的稳定气流，并能一定范围内调节气流温度，对被加热翼形结构进行吹风冷却，协调加热效果。

更具体地，人机接口部分可接收操作人员设定的参数和要求，并将加热装置及被加热结构的状态输出显示给操作人员。

本发明的效果和益处是通过点阵加热使加热金属翼形结构试验件达到更精确的温度梯度场，并能够有效的控制温度梯度场，并减小对环境温度的影响。

附图说明

附图是一种在金属翼形结构上产生可控温度梯度场的加热装置示意图。