[发明专利]一种基于烧蚀后退量补偿的烧蚀地面模拟试验装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于烧蚀后退量补偿的烧蚀地面模拟试验装置及方法，属于航空航天飞行器技术领域。本发明通过采集试验过程中被测模型受热响应视频，利用图像处理技术捕捉模型表面边界，获取表面边界移动变化动态信息辨识得到被测模型的表面烧蚀后退速率，再将表面后退速率或后退量反馈至伺服控制系统，通过伺服电机及传动系统补偿由于被测模型表面后退导致的位置偏差，保证试验过程中被测模型环境状态的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种基于烧蚀后退量补偿的烧蚀地面模拟试验装置及方法，特别涉及防热材料或热防护系统烧蚀地面模拟试验装置及方法，属于航空航天飞行器技术领域。

背景技术

高速飞行器热防护材料或热防护系统在实际飞行前通常需要进行烧蚀地面模拟试验，用于检测防热材料在高温环境下的表面(外模线)后退量及温度响应情况是否符合设计要求。模拟飞行器热防护材料或热防护系统的地面试验设备通常有电弧风洞、等离子风洞、燃气流风洞、氧乙炔火焰、氧丙烷火焰、石英灯或碳灯辐射加热等。现有的烧蚀地面模拟试验采用传统的被动式无反馈烧蚀地面模拟试验系统进行，具体试验方法为：在试验进行以前，首先将装有热流密度或温度传感器的模型放置在距离高温流体喷管出口或高温加热体热源一定距离的位置，通过调整热源功率、工作介质或模型位置，监测各类传感器响应情况，直至传感器测得的热流密度或表面温度与设计考核环境参数抑制。随后记录工作介质、电源系统、模型工作台位置以及其它辅助系统等设计运行参数信息，作为设计环境下热防护材料或热防护系统模拟试验的固定试验参数。

然而，现有的被动式无反馈烧蚀地面模拟试验系统存在如下缺点：

(1)、传统防热材料或热防护系统烧蚀地面模拟试验系统中测试模型位置固定，试验过程中材料表面由于高温作用通常发生烧蚀产生边界后退，导致模型的实际表面位置偏离试验状态确定时的名义位置，测试模型的实际承受环境状态偏离设定状态，且状态偏离程度随着烧蚀后退量增加而增加。

(2)、传统防热材料或热防护系统烧蚀地面模拟试验系统通常通过测量模型在试验前后指定位置的高度差来确定烧蚀后退量，试验过程中模型表面的后退定量数值通常无法获取，即无法获得被测模型表面的实时烧蚀后退速率。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于烧蚀后退量补偿的烧蚀地面模拟试验装置及方法，试验过程中实时获取被测模型烧蚀后退速率，并补偿由于被测模型表面后退导致的被测试验模型烧蚀面相对于烧蚀试验基准位置之间的偏差，保证试验过程中被测模型环境状态的稳定性。

本发明解决技术的方案是：一种基于烧蚀后退量补偿的烧蚀地面模拟试验装置，该装置包括图像采集器、图像处理计算机、伺服控制器、第一伺服电机、移动工作台、移动工作台运动轨道；

移动工作台，安装在移动工作台运动轨道上，用于承载被测试验模型；

图像采集器，用于对被测试验模型的试验过程进行录像，得到连续的视频信息，将视频信息传输至图像处理计算机；

图像处理计算机，将视频信息解算为不同时刻的单帧RGB图像，分析得到每一张单帧RGB图像中被测试验模型的边界信息，并根据不同时刻单帧RGB图像中被测试验模型的边界信息，基于标准参照物标定的像素和物理长度对比表，得到与时间关联的被测试验模型表面烧蚀速率，将最新计算得到的被测试验模型表面烧蚀速率，按照预设的采样周期，计算得到当前采样周期被测试验模型表面烧蚀后退量发送给伺服控制器；

伺服控制器，判断被测试验模型表面烧蚀后退量是否大于预设的边界移动调整阈值，是，则产生PWM形式的电机控制信号，否则，产生固定电平形式的电机控制信号，将电机控制信号发送至第一伺服电机；

第一伺服电机，在电机控制信号的作用下，驱动移动工作台沿着移动工作台运动轨道运动，补偿被测试验模型烧蚀后退量，使得被测试验模型保持处于烧蚀试验基准位置不变；同步驱动图像采集器沿与移动工作台运动轨道平行的方向移动，确保图像采集器与烧蚀试验基准位置的相对位置保持不变。