[发明专利]一种采用高能束扫描获得可控温度梯度场的加热装置

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，涉及一种采用高能束扫描获得可控温度梯度场的加热装置，特别涉及利用一路或多路高能能量束对翼形结构按照设定轨迹和输出功率进行扫描加热，并根据温度反馈实时调整扫描轨迹和输出功率，从而在翼形结构上产生符合要求的温度梯度场。

背景技术

对于航空航天飞行器，当高速飞行时由于与空气磨擦，会在机翼结构上产生温度梯度场，温度梯度场的存在将影响机翼机构的刚度、强度以及气动响应特征，严重时会影响飞行安全，因此需要在实验室环境下，进行翼形结构的相关实验，以保证飞行安全，为了确保实验的准确性，必须真实的在翼形结构上复现出与飞行状态相同的温度梯度场，在此基础上进行实验才具有意义。

据有关文献记录，以往此类实验多采用石英管进行红外辐射加热，该加热方法简单、成本低廉，但由于加热系统的驱动功率小且热惯性较大，从而造成加热工程的可控性差，不能在翼形结构上准确得到满足需要的温度梯度场，同时对环境温度影响较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用高能束扫描获得可控温度梯度场的加热装置使被加热翼形结构能够更精确地达到所需的温度梯度场从而避免了红外热辐射加热的不足，以下的方案说明就是基于采用若干路激光束独立扫描的加热方案。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

该装置分为工作平台，控制部分，加热部分，温度测量部分和风冷却部分。工作平台包含有以大理石或铸铁等为材料制作而成的工作台，在工作台的两个长边处分别固定有两个纵向滑动导轨以及横跨矩形工作台并且两端安装在纵向滑动导轨上的横向滑动导轨，横向滑动导轨的数量和激光发生器的数量一一对应。加热部分的高能束发生器在本方案中采用CO₂激光发生器，该激光发生器安装在工作平台的横向滑动导轨上并且和扫描轨迹控制装置以及主控制机相连，激光发生器的数量根据现场工况来确定。温度测量部分，包括有温度传感器以及温度信号传输与处理器，其中温度传感器在本方案中采用热电偶温度传感器或者分布式温度传感器，并粘贴于被加热件的采样位置处，测量这些采样位置的温度值反映出被加热件的温度梯度场的分布状况，温度传感器的数量根据不同被加热件的采样位置的不同数量来确定；温度信号传输与处理器的输入端和温度传感器相连输出端和主控制机相连，它包括有定值器和信号处理器，定值器的功能是设置给定温度的相应信号值，从而得到所测温度值和给定温度值的偏差值，信号处理器是将所得偏差值进行放大等处理从而得到偏差控制信号并送入主控制机。控制部分包括有主控制机和扫描轨迹控制装置。其中主控制机包括有主控制运算单元、人机接口、可视化显示界面和功率控制装置。主控制运算单元采用单片机、工控机或微机等并且接受温度信号传输与处理器所传输的偏差控制值来分析加热过程并根据设定程序发出控制信号，人机接口供操作人员在加热前输入预定加热程序并且在加热过程中实时控制加热过程，可视化显示界面显示被加热件的加热状况和温度梯度场的分布状况，功率控制装置根据主控制运算单元所发出的功率控制信号实时在线调节激光发生器所发生激光的功率。，扫描轨迹控制装置接受来自主控制机的控制信号控制激光发生器在横向滑动导轨上的移动以及横向滑动导轨在纵向滑动导轨上的移动从而来控制激光发生器的扫描轨迹。风冷却部分采用吹风所述风冷却部分采用吹风机，其安装在工作台的短边处和两个纵向滑动导轨相垂直并产生平行吹向被加热件的冷却风并且和主控制机相连并接受来自主控制机的控制信号来调节所产生冷却风的风速风向等从而实现对被加热件进行吹风冷却以达到所需要求的温度梯度场。

本发明的效果和益处是，加热装置采用激光作为加热热源，相干性强能量高，加热迅速，加热时间大大缩短，加热过程可控性好，并且对环境温度影响较小。

附图说明

附图是本发明的激光加热装置的结构示意图。

图中：1激光发生器；2扫描轨迹控制装置；3被加热件；4主控制机；5温度传感器；6温度信号传输与处理器；7吹风机；8矩形工作台；9纵向滑动导轨；10横向滑动导轨。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

发明装置主要分成五个部分：工作平台，控制部分，加热部分，温度测量部分和风冷却部分，实施例中采用矩形工作台作为固定台。