[发明专利]一种1200℃有氧高温环境下抑制散斑图像抖动试验装置

说明书

本发明公开了一种1200℃有氧高温环境下抑制散斑图像抖动试验装置，包括轻质高温陶瓷板、正交石英灯加热阵列、透光窗口、轻质陶瓷隔热框、散斑颗粒、平板试验件、石英玻璃方框、隔热透光通道、透光孔、CMOS相机、带通滤波片、镜头和图像处理计算机；高温热试验中温度上升，热空气密度降低，热气流向上运动，加热区域内上下部空气密度不同使得空气折射率产生非稳态变化，造成图像抖动，致使数字图像相关分析失效。为了获得受热前表面变形的清晰图像，本发明综合采用多层次多区段空间封闭及区域隔离措施，在光学信息有效传递路径内抑制热空气的抖动，获得了有氧高温环境下部件受热前表面变形的清晰散斑图像及受热面的全场变形。

技术领域

本发明涉及一种1200℃有氧高温环境下抑制散斑图像抖动试验装置。特别是在使用非接触式光学方法进行高温变形测量时，抑制热空气的抖动，获得清晰的热面散斑图像，进而获得全场高温变形数据，为高速飞行器热强度分析以及安全可靠性设计提供重要的试验测试手段。

背景技术

高速飞行器在大气层中以高马赫数飞行时与空气剧烈摩擦产生严重的气动加热现象。严酷的气动热环境使飞行器外表面温度急剧上升，飞行器材料和结构的力学特性发生变化，热应变会引起飞行器部件几何形状发生改变，影响飞行器的气动外形甚至威胁飞行安全。因此，确定高速飞行器部件在气动加热环境下的应力和变形对飞行器的安全可靠性设计具有非常重要的意义。

结构物表面高温环境下的应变测量方法有接触方式和非接触方式。接触测量方式的主要代表为应变片测量，现已有许多高温环境下的研究与应用。由于应变片难以承受1000℃以上的严苛高温环境，且一片应变片只能测量单点单方向应变，用于全场应变测量时复杂且困难，目前应变片方式难于满足温度很高的全场应变测量。非接触式光学方法在全场应变测量方面具有优势。基于散斑图像的数字图像相关方法是一种非常有效的全场变形光学测量技术，它具有适用范围广，测量精度较高，试验设备简捷等特点，并已成功应用于高温应变测量。在非接触方式中数字图像相关方法已经成为一种非常重要的高温变形测量技术。

气动加热出现在大气层内，由于试验模拟困难，极端高温辐射热试验通常需要在真空或充满惰性气体的封闭空间中进行，但是真空或惰性气体环境与高速飞行器在大气中飞行时的有氧高温环境有很大差别，不能获得飞行器材料或结构在有氧高温环境中的变化情况。为了接近高速飞行时部件的有氧高温热边界状态，热试验应该模拟与飞行条件相同的大气层内的有氧高温热环境。

在有氧高温热环境中进行光学测量会出现热空气抖动的难题，随着试验温度的升高，试验装置内部的热空气密度降低，热气流向上运动，加热区域内上下部空气密度不同使得空气折射率产生非稳态变化，造成采集图像清晰度下降或产生虚假信息，甚至导致数字图像相关分析失效。要想在高温氧化环境下获得受热前表面变形的清晰散斑图像，抑制热空气的抖动是必须解决的关键问题。

另外，高超声速飞行器气动加热引起的高温出现在天线罩、舱体、电缆罩等飞行器部件的外表面。由于飞行器内部安装有电子仪器、雷达、战斗部、控制系统等部件和设备，必须使用高效热防护材料最大限度地迟滞表面热量向内部传递。高效隔热材料使得飞行器外表面温度与内部温度差别很大。因此在地面试验时，必须模拟与气动加热状态近似的具有热面和冷面差别的单侧面热试验环境，并获得高温氧化环境下部件受热前表面变形的清晰的高温散斑图像并据此获得受热面的全场变形。为高超声速飞行器受热部件的热强度分析及安全可靠性设计提供试验测试手段和技术支撑。

本发明综合采用多层次多区段空间封闭及区域隔离措施，在光学信息有效传递路径内抑制热空气的抖动，以获得单侧面加热、有氧高温环境下部件前表面变形的清晰光学散斑图像及全场变形。为高温氧化环境下高速飞行器受热部件的热强度分析及安全可靠性设计提供重要的试验测试手段。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：在有氧高温环境中基于非接触式光学方法进行高温变形测量时，抑制光路中热空气抖动对图像的影响，获得清晰的1200℃热面散斑图像及全场高温变形。