[发明专利]材料烧蚀率动态测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种材料烧蚀率动态测试装置及方法。

背景技术

在防热技术的发展历程中，目前最为成熟的防热机制就是烧蚀型防热。烧蚀型防热材料通常用于再入飞行器外表面。再入飞行器返回大气层过程中，在热流的作用下，再入飞行器烧蚀防热层通过发生分解、融化、蒸发、升华等多种吸收热能的物理和化学变化，依靠材料自身的质量消耗带走大量热能，以达到防止热量传入再入飞行器内部的目的。

材料的烧蚀情况直接影响飞行器的气动外形，对烧蚀率的准确测试是进行热结构设计的基础与前提，目前缺乏这种高温环境下的在线测试技术和方法，因此一些先进国家非常重视烧蚀测试技术的研究，特别是高温的、在线的烧蚀量测试技术。掌握准确表征烧蚀率的技术对于热结构分析与设计有着重要意义。

国外在动态烧蚀率测试实验方法方面取得了较大进展，发展了烧蚀电位计、热电偶阵列、超声波等动态烧蚀实验方法。烧蚀电位计装置用于实时测试绝热层的烧蚀特性利用在绝热层中埋设热电偶的方法实时测试了航天飞机助推发动机热层动态烧蚀过程。但这方法需要在绝热层内敷设元器件，操作难度和测试误差都比较大，且难以获得连续的烧蚀数据。超声波法其原理是根据超声波在被测物中传播时间和速度来测试烧蚀过程中形貌的动态变化。

国内传统的材料地面模拟实验过程中大多采用激光定位法识别材料线烧蚀速率。这种方法通过在垂直于烧蚀待测烧蚀材料烧蚀表面方向上安装激光发射器与激光接收器，待测烧蚀材料烧蚀端面刚好阻断光路，在待测烧蚀材料烧蚀过程中由于发生线烧蚀其轴线长度不断减小，当待测烧蚀材料烧蚀表面后退到不能阻断光路时激光接收器接收到激光信号驱动进给装置送进待测烧蚀材料直到光路被再次阻断，通过实时记录进给装置进给曲线获得材料线烧蚀率数据。这种方法受激光发射器光斑尺度的影响其测试得到的待测烧蚀材料线烧蚀率实际上是多段平均数据的累计值而并不是实时数据，不能很好的表征待测烧蚀材料线烧蚀量随烧蚀时间的变化情况，同时对激光接收器抗干扰能力和台架稳定性及进给精度要求都相当高，存在一定的技术局限性。

目前国内缺少在动态烧蚀实验的研究，急需在动态烧蚀实验方面的突破。本发明提供了一种以非接触式方法实现动态烧蚀实验过程中烧蚀量测试方法。充分填补了国内在本领域的研究空白。

发明内容

基于以上不足之处，本发明提供了一种基于结构光对待测烧蚀材料烧蚀端面定位和图像处理的非接触式动态烧蚀率的测试方法，利用结构光端面定位方法和火焰滤光技术获取材料烧蚀过程中的几何形貌，通过对采集图像进行几何计算得到材料烧蚀率动态测试装置及测试方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种材料烧蚀率动态测试装置，所述测试装置包括有水平移动平台(1)，在水平移动平台(1)上固定一个台钳(2)，台钳(2)夹持待测烧蚀材料(3)，其特点是，在距离水平移动平台(1)一定距离处安装有定位支架(6)，定位支架(6)上固定有电弧加热喷枪(7)，在定位支架(6)上固定两个一字线型激光器(5)，所述两个一字线型激光器(5)能在待测烧蚀材料(3)的轴向端面形成定位十字结构激光，在电弧加热喷枪(7)的喷嘴处连接水冷套(4)，水冷套(4)通过水管(8)与冷却循环装置连接，电弧加热喷枪(7)的喷嘴对着待测烧蚀材料(3)间隔一定距离，待测烧蚀材料(3)与电弧加热喷枪(7)轴线的一侧安装CCD摄像机(13)，在CCD摄像机前段安装多种焦距摄像机镜头(12)；在多种焦距摄像机镜头(12)前安装包含有滤光片组；CCD摄像机(13)与计算机(16)连接；在离待测烧蚀材料一定距离处与CCD摄像机同一侧安装有排烟装置本发明还具有如下特征：

1、所述的待测烧蚀材料或放入氧化锆陶瓷套筒中。

2、所述的滤光片组由窄带滤光片(10)、两个偏振片(11)以及焊接玻璃依次组成。

3、所述的滤光片组对截止波段的透过率小于0.01％，对于激光的透过率高于50％。

4、所述的电弧加热喷枪的热流密度为2MW至3MW。

5、所述的一字线型激光器发出的为紫色激光。

6、所述的窄带滤光片为405nm窄带滤光片。

7、所述的紫色激光波长为405nm。