[发明专利]一种石墨加热器的控制方法

说明书

本发明中提供了一种石墨加热器的控制方法。控制方法包括：向石墨加热器施加预定电压，其中预定电压的电压值固定；从施加所述预定电压起的第一时间开始，执行以下操作：通过热流传感器测量所述石墨加热器所传输的热量；以及基于所述热流传感器的测量值和利用所述第一时间修正的加热控制曲线，对所述石墨加热器进行闭环控制，其中所述第一时间为所述石墨加热器开始对施加的电压进行线性响应的时间。

技术领域

本发明涉及一种试验件加热方法，具体而言，涉及一种石墨加热器的控制方法。

背景技术

针对临近空间飞行器的研究是航天发展的一个重要方向，飞行器使用冲压式发动机和火箭发动机，在能接近太空的大气层边缘处飞行，其主要特点是高超声速(Ma＞5)，结构气动加热严重。飞行器在飞行过程中会面临低氧、高温等恶劣环境，对热防护系统与结构设计提出了较高的要求。通过地面试验，模拟飞行过程中在低氧状态下的热载荷环境，复现各个时刻结构中的温度、应力和形变状态，对考核热防护系统与结构设计有着重要的作用与意义。

传统的石英灯加热能力受到本体材料的耐温限制，一般使用在加热温度不超过1300℃的试验条件下。在临近空间飞行器的飞行全程中，热环境严酷。在试验中，飞行器的局部加热要求需要加热系统的加热能力达到2000℃以上。同时，为了适应飞行器不同的曲面形状，需要加热模块便于组装、连接和扩展。而特种石墨具有高热稳定性、良好的导电性、高热传导性、高抗热冲击性、强耐腐蚀性和高机械强度等优点。针对以上试验需求，石墨加热器的不可替代作用逐渐显现。

然而，特种石墨也存在一些不足，在高温环境下容易氧化，因此更适合在氮气舱内，一个低氧环境下使用，用来进行高温热试验。同时，材料本身在热启动阶段热惯性较大，迟滞现象严重，对输入电压的响应较慢，无法在试验初始阶段有效地跟随试验要求的热载荷曲线，容易形成较大的控制偏差。而现行对石墨加热器的控制方法研究较少，使用石墨加热在热启动阶段热惯性大这一问题亟待解决。解决这些问题以后，才可以使石墨加热器在实际应用过程中更加符合试验要求，降低加热控制偏差，与其大功率的加热优点相得益彰。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

根据本发明实施例本发明提供了一种石墨加热器的控制方法包括：向石墨加热器施加预定电压，其中预定电压的电压值固定；从施加所述预定电压起的第一时间开始，执行以下操作：通过热流传感器测量所述石墨加热器所传输的热量；以及基于所述热流传感器的测量值和利用所述第一时间修正的加热控制曲线，对所述石墨加热器进行闭环控制，其中所述第一时间为所述石墨加热器开始对施加的电压进行线性响应的时间。

可选地，预定电压是通过如下操作确定的：向所述石墨加热器施加第一电压；确定石墨加热器对第一电压进行线性响应的第二时间；以及在第二时间与所述第一时间匹配的情况下，确定第一电压为预定电压。

可选地，在所述第二时间与所述第一时间不匹配的情况下，重新设定所述第一电压，并根据重新设定的第一电压重复上述确定所述预定电压的操作。

可选地，确定所述第二时间的操作包括：利用红外测温仪和/或热流传感器监测所述石墨加热器对所述预定电压的线性响应；以及根据所述红外测温仪和/或所述热流传感器所监测的线性响应的时间，确定所述第二时间。

可选地，控制方法的加热环境为低氧环境，其中，所述低氧环境的氧气浓度不高于2％。

可选地，所述测温仪的作用是获取所述石墨加热器的温度。

可选地，所述传感器的作用是获取所述石墨加热器的辐射热流密度。

可选地，所述设置固定电压输出值的装置为算法控制装置。

可选地，所述石墨加热器由石墨模块、加热装置、冷却装置以及硅电缆构成。

可选地，所述石墨加热器还设置有加热舱，所述加热舱为密闭环境。