用于温度-加速度环境下温度场分布特性研究的试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于温度‑加速度环境下温度场分布特性研究的试验装置，包括环境试验箱、电加热薄膜、功率计量仪、电源、风扇、阀门、真空泵、复合真空计、测试框架、固定支架、点热源、温度传感器、航空插头、数据采集与功率控制器。本发明专利技术还公开了一种用于温度‑加速度环境下温度场分布特性研究的试验装置采用的试验方法，包括以下步骤：启动离心机；启动点热源；控制电加热薄膜导电加热；温度达到平衡后，调节环境试验箱内气压；再次达到平衡时，获取环境试验箱内的温度场分布；关闭，试验结束。通过本发明专利技术可以获取不同条件下(内热源特性、压力水平、空气流动速率)离心力场作用下温度场分布特性，并模拟多点热源下产品内部温度场分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于温度-加速度环境下的试验装置，尤其涉及一种用于温度-加速度环境下温度场分布特性研究的试验装置及方法。
技术介绍
高速飞行器如导弹、宇宙飞船、航天飞机及其携带的战斗部在发射和再入阶段，受到过载加速度、温度等多种环境因素的共同作用。一方面，加速度将会产生惯性力，使武器装备出现超重现象。另一方面，不同温度环境下，不同材料的物理性能参数也将发生变化，从而导致结构内部应力和动态特性发生变化。已有研究表明，温度-加速度复合环境因素相比仅有加速度或温度单一因素能引发更多的装备可靠性问题。温度-加速度复合环境试验中，加速度环境常用离心机模拟，环境试验箱安装于离心机机臂的前端，离心机转动时，离心力场会引起封闭腔内温度场的变化，从而影响试验箱内的传热特性，最终影响试验箱内的温度均匀性。另外，对于内部具有电子元器件、热辐射部件等内热源的武器装备，其内部传热特性受离心力场的影响也十分显著。因此，研究离心力场下温度场的分布特性对于改善环境试验箱温度场均匀性以及武器装备的热防护设计具有重要意义。在现有温度-加速度复合环境试验中，通常采用向离心机整流罩内吹热风的方法进行热加载，由于只能在离心机运行之前吹风，离心机运转过程中整流罩内温度必然出现逐渐下降的现象。最近，浙江大学和中国工程物理研究院总体工程研究所通过在环境试验箱侧壁整体或局部安装电加热膜、箱体内部加装风扇以实现试验箱体内实施热加载功能。在环境试验箱设计加工完成并投入使用后，对于不同热容的产品，其内部表现出的温度均匀性是不同的，此时需要获
取不同条件下(有无内热源、不同压力、空气流动速率等)的温度场分布，以进行进一步的温度均匀性验证及优化设计。目前仅能通过数值模拟进行温度场的计算，且计算往往进行了较多简化，结果可信度不高，而关于离心场下的温度场分布特性的试验装置和方法还十分缺乏。另一方面，在武器装备研制过程中，特别是具有电子元器件、热辐射部件等多点内热源的武器装备，需要合理布局这些自发热部件，从而达到良好的热控目的，以保证武器装备的可靠性。因此，在产品设计之初，需要掌握离心力场下内热源分布位置对产品内部传热特性的影响。然而，在目前布局设计过程中，往往采用传热学经典关联式计算相关参数，由于传统经验公式大都没有考虑离心力场的影响，所得结果与实际情况偏差较大。战斗部内部诸如电子设备等，或者变形材料的应用，使得战斗部内部呈现多点热源情况，对于传统建模，又较难准确模拟。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于温度-加速度环境下温度场分布特性研究的试验装置及方法，以获取不同条件下(内热源特性、压力水平、空气流动速率)离心力场作用下温度场分布特性，并模拟多点热源下产品内部温度场分布，为产品热控设计提供参考。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种用于温度-加速度环境下温度场分布特性研究的试验装置，包括环境试验箱，还包括电加热薄膜、功率计量仪、电源、风扇、阀门、真空泵、复合真空计、测试框架、固定支架、点热源、温度传感器、航空插头、数据采集与功率控制器，所述环境试验箱的顶板内壁上设有用于模拟不同材质热辐射率的涂层，所述环境试验箱的内底部设有隔热底板，所述环境试验箱的外底部侧面装
配有用于与离心机定位连接的定位螺栓，所述环境试验箱的侧壁由内而外依次为玻璃钢、聚氨酯泡沫和薄壁铝合金，所述电加热薄膜设置于所述薄壁铝合金外，所述电加热薄膜的电源输入端与所述功率计量仪的输出端连接，所述功率计量仪的输入端与所述电源连接，多个用于增强空气对流的所述风扇安装于所述环境试验箱内，所述阀门安装于所述环境试验箱的侧壁上，所述真空泵分别与所述阀门和所述复合真空计连接，圆筒框架结构的所述测试框架安装于所述环境试验箱内并通过下部的所述固定支架固定，所述测试框架设有上下排列的多层金属框架，多个所述点热源和多个所述温度传感器分别安装于每一层所述金属框架上，所述点热源的输入电源线和所述温度传感器的信号输出线通过安装于所述环境试验箱的侧壁上的所述航空插头引出并通过引线与所述数据采集与功率控制器连接。上述结构中，环境试验箱提供一个封闭试验环境，其内顶部的用于模拟不同材质热辐射率的涂层，涂层材质可以根据要求任意更换，进而在对流传热特性的研究基础上考虑了辐射热传导的影响，环境试验箱底部的隔热底板可以防止试验过程中的发生的漏热现象，提高温度场获取的准确性，环境试验箱侧壁的三层结构确保隔热性能良好且具有足够的强度；电加热薄膜、功率计量仪和电源共同构成热加载装置；多个不同位置的风扇共同构成强制对流系统；阀门、真空泵和复合真空计共同构成压力控制系统；测试框架、固定支架、点热源、温度传感器、航空插头、数据采集与功率控制器共同构成多点热源模拟及温场测试系统。优选地，每一层所述金属框架的多个金属条在中心位置交叉连接，所述点热源和所述温度传感器分别通过可移动安装的吊环吊装于每一层所述金属框架上。一种用于温度-加速度环境下温度场分布特性研究的试验装置采用的试验方法，包括以下步骤：(1)将所述试验装置安装于离心机上，启动离心机；(2)设定点热源的目标功率，通过数据采集与功率控制器启动点热源；(3)设定环境试验箱目标温度，通过功率计量仪控制电加热薄膜导电加热；(4)温度达到平衡后，开启真空泵并通过阀门调节环境试验箱内气压；(5)待环境试验箱内的压力、温度再次达到平衡时，记录此时温度传感器的测量值，获取环境试验箱内的温度场分布；(6)关闭点热源，断开电加热薄膜的电源，关闭离心机，待离心机停止转动后，开启阀门，试验结束。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术所述用于温度-加速度环境下温度场分布特性研究的试验装置，在现有温度-加速度复合环境试验基础上增加了多点热源分布的模拟，以及离心环境下温度场分布测量功能；通过多点分布式热源模拟，可以通过试验讨论产品内部热源性质及其分布对其传热特性的影响，温度传感器在试验箱体的分布式测量，可以实时获取离心力场下试验箱体温度场分布规律。2、本专利技术集成设计了适用于环境试验箱的内壁涂层、强制对流系统和压力控制系统，不同辐射率的涂层可以讨论壁面辐射率对温度场分布的影响，进而考虑热辐射对传热特性的影响，设计强制对流系统和压力控制系统，可以讨论空气对流强度及气压试验箱内的对流传热的影响。3、本专利技术所述试验装置的集成度更高、模拟更加真实，可以开展辐射率、压力、对流，以及多点热源、离心场等多种因素条件下的温度场模拟，复合环
境条件下温度场的模拟更加真实、可信。附图说明图1是本专利技术所述用于温度-加速度环境下温度场分布特性研究的试验装置的立体结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：如图1所示，本专利技术所述用于温度-加速度环境下温度场分布特性研究的试验装置，包括环境试验箱1、电加热薄膜19、功率计量仪5、电源6、风扇7、阀门9、真空泵10、复合真空计11、测试框架12、固定支架13、点热源14、温度传感器15、航空插头16、数据采集与功率控制器18，环境试验箱1的顶板内壁上设有用于模拟不同材质热辐射率的涂层2，环境试验箱1的内底部设有隔热底板3，环境试验箱1的外底部侧面装配有用于与离心机定位连接的定位螺栓4，环境试验箱1的侧壁由内而外依次为玻璃钢22、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于温度‑加速度环境下温度场分布特性研究的试验装置，包括环境试验箱，其特征在于：还包括电加热薄膜、功率计量仪、电源、风扇、阀门、真空泵、复合真空计、测试框架、固定支架、点热源、温度传感器、航空插头、数据采集与功率控制器，所述环境试验箱的顶板内壁上设有用于模拟不同材质热辐射率的涂层，所述环境试验箱的内底部设有隔热底板，所述环境试验箱的外底部侧面装配有用于与离心机定位连接的定位螺栓，所述环境试验箱的侧壁由内而外依次为玻璃钢、聚氨酯泡沫和薄壁铝合金，所述电加热薄膜设置于所述薄壁铝合金外，所述电加热薄膜的电源输入端与所述功率计量仪的输出端连接，所述功率计量仪的输入端与所述电源连接，多个用于增强空气对流的所述风扇安装于所述环境试验箱内，所述阀门安装于所述环境试验箱的侧壁上，所述真空泵分别与所述阀门和所述复合真空计连接，圆筒框架结构的所述测试框架安装于所述环境试验箱内并通过下部的所述固定支架固定，所述测试框架设有上下排列的多层金属框架，多个所述点热源和多个所述温度传感器分别安装于每一层所述金属框架上，所述点热源的输入电源线和所述温度传感器的信号输出线通过安装于所述环境试验箱的侧壁上的所述航空插头引出并通过引线与所述数据采集与功率控制器连接。...

【技术特征摘要】
1.一种用于温度-加速度环境下温度场分布特性研究的试验装置，包括环境试验箱，其特征在于：还包括电加热薄膜、功率计量仪、电源、风扇、阀门、真空泵、复合真空计、测试框架、固定支架、点热源、温度传感器、航空插头、数据采集与功率控制器，所述环境试验箱的顶板内壁上设有用于模拟不同材质热辐射率的涂层，所述环境试验箱的内底部设有隔热底板，所述环境试验箱的外底部侧面装配有用于与离心机定位连接的定位螺栓，所述环境试验箱的侧壁由内而外依次为玻璃钢、聚氨酯泡沫和薄壁铝合金，所述电加热薄膜设置于所述薄壁铝合金外，所述电加热薄膜的电源输入端与所述功率计量仪的输出端连接，所述功率计量仪的输入端与所述电源连接，多个用于增强空气对流的所述风扇安装于所述环境试验箱内，所述阀门安装于所述环境试验箱的侧壁上，所述真空泵分别与所述阀门和所述复合真空计连接，圆筒框架结构的所述测试框架安装于所述环境试验箱内并通过下部的所述固定支架固定，所述测试框架设有上下排列的多层金属框架，多个所述点热源和多个所述温度传感器分别安装于每一层所述金属框架上，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁亮，胡宇鹏，李明海，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51