[发明专利]一种发动机环境热阻涂层辐射特性研究系统及方法

权利要求书

1.一种发动机环境热阻涂层辐射特性研究系统，其特征在于，包括风洞(101)、傅里叶光谱测量仪(102)、红外热像测量仪(103)、红外椭偏测量仪(104)，

所述风洞(101)中放置有涂覆涂层(1)的基体(2)；

所述傅里叶光谱测量仪(102)水平放置在风洞(101)的一侧，红外热像测量仪(103)水平放置在风洞(101)的另一侧、红外椭偏测量仪(104)的入射光系统和接收检测光系统呈对称设置在风洞(101)的两侧，红外椭偏测量仪(104)的光线照射在涂层(2)上。

2.根据权利要求1所述一种发动机环境热阻涂层辐射特性研究系统，其特征在于，所述风洞(101)设置为超声速风洞(101)，风洞(101)的试验段温升速率达100℃/s。

3.根据权利要求1所述一种发动机环境热阻涂层辐射特性研究系统，其特征在于，所述的红外椭偏测量仪(104)基于偏振光法进行测量，包括入射光系统和接收检测光系统，入射光系统依次设置有光源(104-1)、起偏器(104-3)、补偿器(104-4)，接收检测光系统依次设置为检测光系统(104-2)和检偏器(104-5)，当光源(104-1)通过起偏器(104-3)、补偿器(104-4)将偏振光入射到涂层和基体上的界面时，发生反射和折射现象，反射光和折射光分别包含了基体和涂层的目标特征，通过斯涅耳定律和菲涅尔公式，描述反射光和折射光中各分量的强度，通过检偏器(104-5)、检测光系统(104-2)接受反射光和折射光，通过解算获得基体(2)和热阻涂层(1)的折射率和吸收率，从而反演出热阻涂层(1)的发射率、透射率，获得热阻涂层(1)的发射谱。

4.一种发动机环境热阻涂层辐射特性研究方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

a、模拟真实发动机热循环及温度环境：通过风洞(101)将试验分为加热、稳定和降温过程，构造涂层(1)的瞬态和稳态的热辐射特性环境，量化真实热辐射阻隔能力及隔热效果；

b、高温介质红外光谱特性测量：通过傅里叶光谱测量仪(102)实时遥测、分析高温环境中空气介质的红外辐射发射谱测量，获得发射率参数；

c涂层及基体结构表面温度测量：在不干扰风洞(101)内流场的基础下，通过红外热像测量仪(103)获取高温气体中涂层(1)结构表面的温度分布与演化特性；

d、涂层表面吸收率和发射率测量：通过红外椭偏测量仪(104)基于偏振光法进行测量，获得热阻涂层(1)的折射率和吸收率，从而反演出热阻涂层(1)的发射率、透射率，获得热阻涂层(1)的发射谱。

5.根据权利要求4所述一种发动机环境热阻涂层辐射特性研究方法，其特征在于，所述步骤(b)中的傅里叶光谱测量仪(102)采用迈克尔逊干涉仪将检测光产生宽带相干光干涉，经单元探测器采集红外干涉图数据，经过傅里叶变换后，得到红外光谱图。

6.根据权利要求4所述一种发动机环境热阻涂层辐射特性研究方法，其特征在于，所述步骤(c)中的红外热像测量仪(103)利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形，反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图。

7.根据权利要求4所述一种发动机环境热阻涂层辐射特性研究方法，其特征在于，所述步骤(c)中红外热像测量仪(103)的测温范围为-20℃～2000℃，热灵敏度达到0.01℃。

8.根据权利要求4所述一种发动机环境热阻涂层辐射特性研究方法，其特征在于，所述步骤(d)中折射率和吸收率的获得步骤如下：红外椭偏测量仪(104)包括入射光系统和检测光系统，当光入射到涂层(1)的界面时，会发生反射和折射现象，检测结果得到椭偏参数通过分析计算得到涂层的吸收率和透过率参数，描述反射光和折射光中各分量的强度。

9.根据权利要求4所述一种发动机环境热阻涂层辐射特性研究方法，其特征在于，在绝热控制体内，选取涂层与基体作为研究对象，其输入的能量主要为E_热，空和E_{辐，空，λ}，其输出的能量为E_{辐，发，λ}和E_热，涂，输入与输出能量守恒，既得到如下关系式：

E_热，空+E_{辐，空，λ}＝E_{辐，发，λ}+E_热，涂

其中，E_热，空为采用红外热像测量方法获得的空气与涂层和基体之间的对流、传导热量；E_{辐，空，λ}为采用红外热像测量方法或者红外椭偏测量方法获得的空气与涂层和基体之间的辐射热量；E_{辐，发，λ}为采用红外椭偏测量方法获得的涂层辐射发射出去热量；E_热，涂为采用红外热像测量方法获得的涂层与基体的热量。

根据能量关系、各多场耦合热辐射测量参数得到发动机环境热阻涂层辐射特性。