基于热电偶动态特性的温度预估方法实验研究

针对高温高频和非均匀热流密度条件下温度测量问题,采用激光连续加热热电偶的方法,研究了不同热流密度条件下、不同直径热电偶的动态响应特性,分析了热流密度对热电偶动态响应时间和电压变化率的影响,得到热电偶动态响应时间、电压变化率与热流密度的函数关系,并提出了一种基于热电偶动态响应特性温度预估方法。结果表明:热电偶动态特性受热流密度影响较大,在相同热流密度条件下,动态响应时间与电压变化率的指数函数呈线性关系;文中提出的温度预估方法在超出热电偶测温量程27.3%的范围内具有较小误差,能满足工程温度测量的需要。     

燃气阀响应时间的光学测量方法

针对燃气阀响应时间测量问题,提出了利用激光照射燃气阀羽流,通过分析其光强变化情况来确定燃气阀响应特性的光学测量方法,基于该方法搭建了燃气阀单阀冷态测试试验台,开展了燃气阀启闭响应时间测量,获得了激光经羽流后光强信号变化曲线,通过对该信号进行带通滤波处理,实现了响应时间的快速非接触式测量,并与压强、推力等常规传感器测量结果进行对比,验证了光学测量方法的测量有效性,为燃气阀高动态特性测试提供了一种非接触式测量方法。     

快速响应热流/温度传感器制备与试验研究*

针对高超声速飞行器在长时间试验中测量壁面温度和热流的要求,研究快速响应热流/温度传感器的制备工艺,介绍传感器在热流标定、表面温度测试和电弧风洞试验中的测试结果。利用光学显示设备对比研究三种不同的加压银钎焊工艺,结果表明无助焊剂的高纯度银钎焊工艺具有焊缝平整、厚度小、气孔少的优点。热流标定结果表明,水冷条件下传感器的98%响应时间约为0.35s,热沉条件下约为0.33s,在0.42 MW/m2～2.11MW/m2范围内,与标准传感器的偏差不大于6%;表面温度对比测量表明,传感器所测温度与热流具有线性关系,可以反映表面温度对气动加热的影响;电弧风洞试验表明,传感器可以用于长时间热防护试验的热流测量。     

冲击测试动响应高速视觉测量方法

获取测试目标的动态响应参数是航天器产品冲击测试中的关键内容，传统接触式传感器方法存在安装困难、监测维度单一、难以适应复杂测试环境等缺点。提出了一种用于获取冲击测试动响应的高速视觉测量方法，利用双目视觉原理获取测试对象的三维运动轨迹，并在此基础上解析测试过程中的冲击响应参数。该方法在空气炮冲击测试试验中获取的冲击响应谱曲线与加速度计的测量结果一致，识别结果相对偏差优于10%，表明高速视觉测量方法在航天器冲击测试中具有良好的应用潜力。     

高速低温湿度传感器动态特性试验研究

给出了一种测量介质是低温高速流体介质时传感器的响应时间的模拟试验方法，即测出传感器在常温条件下，在介质为不同速度的空气中的响应时间，然后根据传热分析，推算出传感器在实际工作情况下响应时间的变化趋势．还给出了一种验证试验方法，即传感器和标准传感器同时参加发动机试车搭载试验。试验结果表明该模拟试验方法是可行的，有效的和多快好省的，具有很大使用价值。     

一种微推力器阵列测试台系统辨识与动态补偿

将动态力测量方法改进后应用在一种特殊的微推力器阵列测试台架上,解决了用低固有频率测试台测试高频信号的问题.将台架进行合理简化后,用ANSYS分析其模态振型,并用实验数据验证振型分析的正确性.设计改进了向台架施加负阶跃力的实验方法,即用烧断悬丝砝码的方法向系统最小成本地加载准阶跃力.针对系统的理论模型,设计补偿环节参数,...     

辐射场中金属接触非线性源的无源互调仿真方法

文章提出并验证了一种可以预测被天线接收的金属接触无源互调(passive intermodulation,PIM)幅值的仿真方法。把辐射场中的金属接触界面设置为非线性电流源离散端口,以该非线性电流源作为激励源通过CST场仿真能够获取天线接收端口的PIM响应。通过少量PIM测试结果可以仿真提取待测样(device under test, DUT)的非线性参数,进而仿真预测DUT在辐射场中任意位置的PIM响应。针对铝合金金属接触DUT,首先采用方同轴缝隙天线测试辐射场中某一位置的三阶PIM(third-order passive intermodulation, PIM3)幅值,其次基于场仿真提取了非线性电流源的三阶非线性参数,最后利用确定的非线性电流源仿真预测辐射中不同位置处的PIM3响应,仿真评估和实验测试结果一致。文章为辐射场复杂场景中金属接触PIM的评估及其非线性参数的提取提供了一种可靠且方便的途径。     

一种高超声速稀薄流激波干扰气动热测量技术

针对高超声速稀薄来流条件下的激波干扰气动热测量问题，设计了一种适用长时间、中低热流量值(5~500 kW/m2)的带封装结构的量热计，采用空气隔热设计方式降低其侧向传热，实现了有效一维传热，延长了测试时间；并通过热流传感器标定试验，实现了热流高精度测量。为验证量热计的测量性能，开展了地面标定实验和基于双锥模型的高超声速低密度风洞激波/边界层干扰实验(M10和M12)，量热计与同轴热电偶的测量结果进行对比分析。研究结果表明，本文所设计的量热计适用于稀薄来流条件下激波干扰引起的复杂气动热问题的热流测量。相比于同轴热电偶，量热计响应时间较慢，但对于较大热流，由于极大减轻了侧向传热的影响，测量精度较高。同轴热电偶对低量值热流(5~20 kW/m2)的测量性能较好，信噪比(SNR)较高。研究成果为开展高超声速低密度风洞稀薄流激波干扰气动热试验研究提供支撑。     

固体推进剂火焰温度分布测试

利用直径25μm微型热电偶,对硝酸铵(AN)基推进剂火焰温度分布进行了测试,同时根据热传导理论推算出推进剂燃烧表面温度,并验证了热辐射和热传导的热量损失.     

航天器表面瞬态测温用薄膜热电偶的研制

根据航天器表面测温的需要,研制了一种K型(NiCr-NiSi)薄膜热电偶。该型热电偶采用射频磁控溅射技术在针型高温陶瓷基体上制备薄膜热电偶,其热电偶结点厚度为微米级,能够与航天器表面有效贴合,实现航天器表面的瞬态高温测量。通过物理试验验证,该型薄膜热电偶测量最高温度能够达到800℃,测量相对误差在±0.5%以内,满足返回式航天器表面高温的瞬态测温需求。     

姿轨控发动机试验多阀光学同步测试方法

针对姿轨控发动机试验多个燃气阀启闭响应特性同步测试问题,通过测量激光经燃气阀喷管出口羽流后的透射光强,分析透射光强特征阶跃点来获得燃气阀启闭响应特性。基于该方法研制了六通道光学测量系统,对姿轨控发动机冷态试验多阀开展同步测量,同时获得了冷态试验5～50 Hz控制频率下6个燃气阀羽流光学响应信号。结果表明:5、10、20Hz控制频率下透射光强周期性变化明显,通过对信号进行带通滤波分析,同步获得了多个燃气阀的启闭响应时间,测量结果标准误差小于0.30 ms,同时验证了燃气阀启闭控制效果;但在50 Hz控制频率下,由于燃气阀电磁铁作动较快,燃气阀未完全闭合,因此无法获得燃气阀启闭阶跃变化特征点。该方法为姿轨控发动机试验提供了有效准确的快速非接触式测量方法。     

气动加热下金属蜂窝板热响应特性数值模拟

提出一种计算非稳态气动加热下金属蜂窝板内辐射导热耦合换热数值计算方法。将金 属蜂窝夹芯板作为三层平板结构,建立沿厚度方向一维传热控制方程,采用Monte
Carlo方法求解蜂窝腔内辐射换热,有限体积法求解蜂窝板内耦合换热,考虑蜂窝金属与空 气热物性随温度变化,对某结构的正六角形蜂窝板在模拟气动加热条件下两表面温度响应进 行了数值预测,数值预测结果与文献中的实验结果对比表明该方法能够准确模拟蜂窝夹心板 内传热过程;对采用Swann & Pittman当量导热系数经验公式进行蜂窝非稳态表面温度响应 计算可靠性进行了验证,结果表明该公式在计算非稳态气动加热下蜂窝表面温度时存在较大 误差,给出的热面温度过高,冷面温度过低,两表面温差最大相对误差高达140％。     

用内压降压试验和埋入式传感器测定固体推进剂的有效模量

赫克力斯(Hercules)公司研制了一种无损试验方法,用埋入式应力传感器系统测定全尺寸老化试验发动机的推进剂模量。该方案包括两项实验计划,一项为标定试样试验;另一项为全尺寸发动机试验。第一项计划用来确定传感器响应和推进剂模量间的关系。其方法是将三种型号的赫克力斯传感器预埋在已知拉伸模量值的推进剂中制成标定试样,进行定水压试验和高速降压试验。根据试验数据作出定压载荷下三种型号传感器响应和推进剂模量的关系曲线。然后根据降压试验数据和定压试验结果提出一项确定标定试样模量的程序。第二项计划采用一台三叉戟-Ⅰ第三级老化试验发动机,发动机绝热层粘贴有几个赫克力斯传感器,采用标定试样所用的低定压试验和快速降压试验方法,根据埋入传感器的响应确定发动机推进剂的模量。实测推进剂模量值和从应力松弛模量主曲线算出的值相当接近。     

航天飞机中的温度测量

航天飞机传感器的基本要求是稳定性和高可靠性。提高可靠性的途径是在同一测点安装备份传感器。安装温度传感器时,在关链部位必须考虑结构的力学和热学性质匹配。设计传感器应满足的要求是:结构整体化、高精度、快响应。防热系统的温度传感器仍然是传统的铂电阻和热电偶。但结构都做得很小。热流传感器则都是热电堆。其原理是利用沿热阻板厚度方向建立的温差来测量热流。它是固态传感器、输出大、精度高、为Gardon计所不及。文中还简介了安装技术和鉴定试验。     

石英晶振微天平湿度传感器响应特性研究

石英晶振微天平传感器是传感器研究的一个热点,文中介绍了自行研制的一种以SPPESK为敏感元件的石英晶振湿度传感器,利用差频法测量了传感器的静态稳定性、重复性和线性度、灵敏度和动态响应。结果表明: 该传感器具有良好的定动态响应特性,能够用于实际气体湿度的检测。     

协同作战能力多平台网络

据英国《简氏防务周刊》2005年1月25日报道,法国正在研发一种多平台态势感知演示验证系统(TSMPF),该传感器数据融合网络与美海军的协同作战能力(CEC)类似,并将在2006年下半年开始进行技术演示系统的现场测试。法国对多传感器跟踪技术已进行了相关研究,将雷达和红外数据融合为单     

一种返回器烧蚀温度在轨测量方法

返回器再入过程中的烧蚀温度,是防热结构设计和验证的重要参数之一。针对在轨应用的需求,文章设计了一种使用铠装热电偶进行返回器烧蚀温度在轨测量的方法,通过将铠装热电偶埋入安装并进行冷端补偿和误差校准设计,可以准确测量烧蚀温度的变化过程。通过我国探月三期工程再入返回飞行试验器在轨测试,证明了该方法的有效性。     

推进剂泄漏自动检测

目前正在研制一种应用于地球至轨道的火箭发动机的氢泄漏自动检测系统。该系统由三个部分组成:一个传感器阵列,一个信号处理装置和一个诊断处理器。传感器阵列由放置在特殊的可能泄漏点和可能泄漏区域的独立的固态传感器组成。信号处理装置给传感器提供激励电源,并把传感器模拟信号转换为数字数据。诊断计算机对传感器的输出加以分析从而确定泄漏源和泄漏的量级。来自传感器网络的泄漏数据由软件知识进行解释并通过包含三维泄漏形象的图形用户接口显示出来。该系统的设计要求已被拓展到假定最终将应用于需要有大约72个测量点的航天飞机的主发动机。组装了一个实验性系统以验证该系统的工作性能。该系统包括实验性电子部件和数据处理运算软件。正在进行的一项试验,以评估在模拟发射前和飞行状态下该系统的工作情况。该实验系统由16个传感器的网络组成,这些传感器安装在模拟发动机部件试验台上。传感器的响应,定向及数据分析算法的性能用实验台中所产生的已校准的泄漏量来进行评估。一个飞行实验系统也正在研制之中,这个系统由8个传感器和能自主控制及记录数据的电子元件组成。     

噪声整形高压大功率空间EPS研究

高压大功率及模块化安装的卫星功率平台,采用S4R(Sequential Series Shunt Switch Regulator)功率调节技术。针对提高高压大功率空间EPS的效率及动态响应,采用非线性重叠调用和2阶噪声整形调制技术,解决了基于S4R型功率EPS单纯增加输出滤波电容来提高平台动态性能及效率问题。仿真及实验结果表明了该方法的有效性。     

快速傅里叶变换(FFT)在导弹测试系统中的应用

快速傅里叶谱分析在系统动态测试中的应用,提出了以阶跃信号为激励源,以快速傅里叶变换和阶跃型信号快速傅里叶变换的高精度算法为核心的动态测试系统,取得了预期的结果。这种与以往完全不同的测试系统,将为火箭系统分析,系统设计和动态测试提供一种精度高、适应性强、实时性好的新方法。