基于多光谱测温优化的材料光谱发射率测量

针对高温材料红外光谱发射率测量中样品表面温度难以准确测量的问题,提出了直接使用光谱仪测量得出样品表面的光谱辐射能量信息,选取其中合适的光谱波段利用多光谱测温方法得到样品表面温度,进而计算出材料的光谱发射率.分析了多光谱测温中发射率模型的阶次和测量波段选取对测温准确度的影响,给出了温度计算的稳健算法,并对其主要不确定度的来源进行了评定.在1 100 K左右温度下以不锈钢材料进行实验验证,得出温度引起的光谱发射率相对不确定度在2～20 μm范围内低于2%,满足红外隐身和辐射测温等领域的要求,适合于导热性能差的材料或涂层材料的高温光谱发射率测量.     

飞行弹丸红外特性的地面模拟试验

设计并建立了用于飞行弹丸中段飞行状态实验室模拟的试验系统,测量获得了飞行弹丸的红外辐射特性.基于传热与辐射理论,分析了相关参数对实验结果的影响,获得飞行弹丸在一定飞行状态下的辐射特性变化规律.目标的初始温度和辐照条件是影响目标辐射特性的主要因素,自旋状态影响辐射特性的空间分布.试验测量与数值仿真和理论分析结果均具有很好的一致性,证明在实验室开展飞行弹丸的红外辐射特性模拟试验具有可行性.     

空间材料实验炉的模拟热分析与地面试验分析

空间材料实验炉的温度分布对空间材料制备至关重要.通过对用于天宫二号空间实验室材料实验炉的物理模型进行合理简化,建立了三维传热数值计算模型,测量了实验炉材料的热物性参数,并根据地面试验工况进行模拟热分析计算,其结果能够很好地与地面试验结果吻合.采用模拟计算的方法分析样品物性参数对炉膛和样品中温度分布的影响,对实验炉的隔热部件进行优化设计,进而对炉体外表面温度进行了预测.数值仿真计算弥补了实验中测温点不足的问题,有助于进一步了解样品的温度分布,同时为实验炉隔热优化设计和安全运行提供了依据.      

红外窗口材料的热辐射特性测量方法

飞行器在大气层内高超声速飞行时,高温窗口迅速成为气动热辐射效应的主要因素,气动热辐射效应会降低甚至破坏红外(IR)探测系统的性能.通过分析红外探测窗口热辐射传输特性,提出一种红外窗口材料的热辐射特性测量方法,并测量了应用于中波红外(MWIR)探测系统的某蓝宝石红外窗口材料在高温状态下的透过率和自身辐射等热辐射数据.结果表明:在100~350℃范围内,0.1mm厚蓝宝石材料薄层在中波红外3.7~4.8μm波段的热辐射特性与温度近似呈3次方关系,温度越高,蓝宝石透过率越小,自身辐射越大.强烈的自身辐射极易导致红外探测器局部饱和现象,对探测系统造成的影响比透过率引起的信噪比(SNR)下降要大得多.      

烟气覆盖表面红外温度测量的实验分析

为了研究辐射参与性烟气对红外测温法金属壁面温度测量的影响,首先根据实验中红外探测器测量得到的表面温度分布的特点,建立了一维表面红外测温模型;然后根据红外热成像测温原理及辐射传输理论,利用源项多流法分析模型计算了烟气覆盖表面在不同烟气厚度和不同表面温度下红外探测器获得的温度;最后利用马弗炉模拟不同温度的表面,振动筛模拟不同浓度和厚度的烟气环境,在实验室条件下设计搭建了模拟烟气覆盖表面的红外测温实验系统,实验验证了源项多流法分析模型,实验测量得到的温度与分析模型预测的温度吻合较好,并提出了利用反演方法修正红外测温的设想。     

PCB红外热像辐射率校准的非线性滤波方法

在印制电路板(PCB)的红外辐射诊断中,为了获得PCB表面温度的真实分布,须对PCB红外热像进行辐射率校准.将PCB表面温度的测量波形看作真实温度分布与辐射率分布的混合波形,提出一种非线性滤波方法,利用二者连续性的差异将其区分开来.讨论了作为该方法关键步骤的红外热像突变点检测的小波变换实现问题.实验结果表明该方法能够准确地估计PCB表面温度的真实分布波形.该方法还可以用于PCB红外热像的热源辨识以及对未知材料的辐射率估计中.     

红外气体分析中环境影响的补偿方法研究

环境温度、总压影响是红外气体分析中难以有效解决的主要问题之一，本文以二氧化碳气体为测量对象，采用实验手段，单片机和数据自理技术建立了环境温度、总压对红上气体分析影响的补偿数学模型和求解方法，并进行了实验验证，研究的内容为红外气体分析中影响影响的外补偿开始辟了一条新的途径，具有广阔的应用前景。     

不同热解温度下酚醛树脂复合材料渗透率测试

为了获得不同热解温度下酚醛树脂复合材料渗透率,设计搭建了复合材料气体渗透过程实验测量装置,提出了一种测量复合材料渗透率的方法,基于达西定律获得了复合材料渗透率。以不同热解温度下酚醛树脂复合材料为研究对象,进行了气体渗透过程实验测量,获得了材料上下表面气体压力变化曲线,同时得到了渗透过材料的气体流量,进而通过达西定律得出材料的渗透率。结果表明,该实验装置能够实现复杂孔隙复合材料的渗透率的测量。整体上,热解温度越高,渗透率越大。热解温度为400℃,渗透率量级在10-13;600℃和800℃时,渗透率量级在10-11。材料渗透率K和热解温度T满足K=9.7×10-14T-4×10-11。该实验结果为该类材料的渗透和热质扩散性能分析提供了基础物性数据。      

“新视野”的眼睛

<正>科学仪器是"新视野"的"眼睛"。"新视野"携带了7台重30千克的科学仪器。其中光学设备有3台。分别是:远程勘测成像仪、可见-红外成像光谱仪、紫外成像光谱仪,分别拍摄可见光、红外和紫外图片。另外4台仪器分别是:太阳风测量仪、无线电科学实验仪、能量粒子谱仪、学生尘埃计数器,分别用于测量冥王星附近和表面的太阳风、大气、能量粒子和尘埃。     

一种由压电双晶片测量压电材料参数的动态模型

根据悬臂梁式压电双晶片的动态导纳矩阵 ,提出一种压电材料参数动态测试模型 ,用于测量压电双晶片的几个主要材料参数 :压电应变常数d3 1、机电耦合系数k3 1、介电常数εT3 3 、弹性柔顺系数sE11及材料参数的温度特性。这种测量方法不同于通常的由标准试样测量压电材料参数的方法 ,它直接由一种实用元件—压电双晶片 (非标准试样 )测量压电材料的参数。介绍了测试原理、测试步骤及一种实际试样的测试结果。理论与实验结果表明 :这种新的测试方法是可行的。     

开槽交错肋通道换热和流阻特性

对一种特殊结构的涡轮叶片内冷通道——开槽交错肋通道进行了换热和流阻的测量实验.全部的实验都在静止的状态下完成,其中换热实验采用了水蒸气凝结换热方案.实验的 Re数范围从5 000~45 000,得到了大量关于开槽交错肋涡轮叶片内冷通道的实验数据,并将结果与不开槽交错肋通道作出对比,得出一定槽宽的开槽交错肋通道相比于相同尺寸的不开槽交错肋通道,换热效果有了明显的提高,而流阻系数相应有所减小,所以整体换热效果优于不开槽通道.此外,对于不同槽宽通道的各项特性也进行了实验对比.得出 4 mm开槽交错肋通道的换热效果最好,接下来依次是2 mm、6 mm和8mm的通道.      

塞式热流传感器影响因素的分析计算

介绍了塞式热流传感器的结构及测量原理。针对传感器敏感元件的形状尺寸,隔热层材料的导热系数、比热容以及两种材料的表面发射率等一系列影响测量结果的因素,利用Fluent软件对各种模型进行了传热仿真,分析了各种因素对测量结果的影响,为传感器的研制提供依据和指导。     

液氮温区平板蒸发器环路热管实验研究

深低温环路热管是一种高效的深低温两相传热器件,未来可广泛应用于红外探测等空间项目的低温热控系统。为有效减小热管与热负荷间的接触热阻及热管的背向漏热,采用氧化锆作为毛细芯材料,研发了氮工质平板蒸发器环路热管,重点研究了热管的自启动特性、传热性能以及在间歇性热负荷下的运行情况。结果表明:在无辅助情况下,液氮温区平板蒸发器环路热管自启动性能良好,可依靠工质扩散从室温迅速降温至液氮温区。环路热管能够在70~100 K温区稳定运行,热阻随运行温度和热负荷的上升而减小,最大传热功率为15 W,最小热阻为0.8 K/W。在蒸发器间歇性加热的情况下,环路热管可以保持温度稳定,热响应迅速,无需二次降温。液氮温区平板蒸发器环路热管有效满足了空间低温光学系统的热控制系统的热传输需求。      

适用于月面高温环境的嫦娥三号地形地貌相机热设计

“嫦娥三号暠月面探测器上安装的地形地貌相机工作时直接暴露在月面高温环境下,受月表红外辐射影响很大,给热控设计带来很大难题。为解决设备工作时的高温问题,在外热流分析的基础上提出了以“最佳散热位置暠为核心的热控方案,设备处于“最佳散热位置暠时能够获得较好的初始温度和最快的降温速率;另外通过把散热面布置在月表红外辐射热流最小的位置并在除散热面以外的其他表面包覆多层隔热组件这两个措施,可以最大程度减小月表红外辐射的影响。地形地貌相机在轨开机工作前的各飞行阶段遥测数据均满足存储温度指标要求并且有较大余量;开机工作环拍一周的遥测数据满足工作温度指标要求并且与热分析结果符合较好,初始温度与遥测温度数据偏差为-1灡7曟,温升速率和降温速率偏差分别为14灡9%和16灡9%。这表明该热控方案正确可行,可为后续中国深空探测类似热控问题参考。     

宽高比对微小通道空气流动换热特性影响实验

针对不同宽高比微小矩形通道内流动和换热特性进行了实验研究.微小矩形通道宽0.4mm,宽高比分别为2/5、1/2、2/3和1.实验以空气作为工质.流动雷诺数Re范围是200~1600.实验结果表明:宽高比对微小矩形通道流动换热特性的影响不可忽略.微小矩形通道摩擦因子随着Re增大而减小,泊肃叶数Po随着Re增大而增大,二者随着宽高比增大同时减小;努塞尔数Nu随着Re增大而增大,随着宽高比增大而减小.针对宽高比对微小矩形通道流动换热特性的影响拟合了相应经验关系式.      

红外探测器晶片电极设计与应力分析

红外探测器是卫星姿态控制中不可或缺的一种探测器.总结了国外近年来红外热敏探测器晶片电极的研究进展,重点介绍了热敏电阻晶片电极的设计思路及其制备工艺.分析了薄膜金属电极给热敏电阻晶片组件带来的各类应力.提出在热敏电阻晶片电极设计时,应选择合适的电极结构、电极材料、膜层厚度、金属薄膜的制备工艺、热处理制度等工艺参数,并确保热敏电阻晶片焊点的应力较低,才能保证红外探测器的性能及其可靠性.实验结果表明,采用Ti/Au双层结构电极的热敏电阻可达到理想的噪声系数和良好的界面结合力.     

天舟一号货运飞船空间实验装置蒸发相变地面实验

以天舟一号货运飞船为依托,开展空间蒸发相变传热规律的科学实验研究,探索重力对蒸发传热传质过程的影响规律.设计了一套地面蒸发实验平台,以蒸发相变液体FC-72为研究对象,通过红外热像仪测温、热流量计、差分热电偶等手段,观测FC-72液层在不同台面温度、注液量等情况下的相变界面变化、蒸发表面特性、流体物性及Marangoni对流涡胞的变化等,获取其蒸发两相流体的液层温度差、表面温度场、热流量值、蒸发速率和涡胞结构等.实验结果表明:在其他条件不变的情况下,FC-72液层与蒸发台面的温差越高,其蒸发速率越快;注液量越大,蒸发速率也越大;在蒸发过程中出现了浮力对流涡胞和Marangoni对流涡胞.此外,通过地面蒸发实验可以确定空间科学实验选用的实验介质和材料,进而优化确定空间科学实验的工况、参数及流程等,部分地面实验结果也将直接成为天地对比实验的科学成果.      

高超声速热流高精度数值模拟方法

通过高超声速下钝锥热流的计算,对影响热流计算精度的因素进行了综合研究.获得了壁面法向网格Re数对热流计算的影响规律.采用边界高阶插值,提高了热流计算精度.用Roe和AUSM(Advection Upstream Splitting Method)+格式搭配minmod和混合limiter两种限制器,探讨了空间离散方法及限制器的耗散性对热流结果的影响.应用五阶WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)方法,对高阶格式计算热流的性能进行了细致研究,最终确立了网格依赖小,热流精度高的计算方法.研究认为:高阶格式不但可以放宽热流计算对网格Re数的限制,同时使得格式对本身计算方法的依赖性也变小.      

大型真空容器有压复压系统

对于一些特殊用途的设施,如用于训练航天员的地面模拟舱,对复压过程有严格要求.为了分析某些对复压速率有要求的设施的复压过程,设计了有压复压系统;建立了大型真空容器有压复压系统的分段集中参数模型和传热模型,并且对这些模型进行了仿真分析.仿真表明:有压复压可获得比大气复压大得多的复压速率;传热会降低复压速率;分段集中参数长管道模型能提高仿真精度,同时不会过大增加计算量.对某体积为200m3的容器复压试验表明,考虑容器换热的仿真计算与实际调试情况误差在5%左右,表明了理论分析计算的正确性.