一種考慮多波長(zhǎng)光譜輻射的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟葴y(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟鹊臏y(cè)試方法，屬于溫度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及 一種考慮多波長(zhǎng)光譜福射的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟葴y(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟仍谕七M(jìn)劑燃燒機(jī)理研究、發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和發(fā)動(dòng)機(jī)防燒蝕設(shè) 計(jì)方面具有重要的參考價(jià)值。燃?xì)鉁囟龋环矫媸腔鸺l(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑的重要能量參數(shù)，為推 進(jìn)劑配方調(diào)節(jié)提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)；另一方面，是表征流場(chǎng)特征及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)彈道性能的主要 參考依據(jù)；同時(shí)，燃?xì)鉁囟纫彩怯绊懟鸺l(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)絕熱層燒蝕性能的重要參數(shù)，為發(fā)動(dòng)機(jī)熱 防護(hù)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。但是，由于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境惡劣，且燃?xì)鉁囟确浅８撸ㄍǔ４笥?3000K)，燃?xì)鉁囟鹊臏y(cè)試是一項(xiàng)要求高、難度大的復(fù)雜技術(shù)，多年來一直沒有真正解決。目 前，燃?xì)鉁囟葴y(cè)試方法基本上可W分為接觸式測(cè)溫法和非接觸式測(cè)溫法兩大類。
[0003] 接觸式測(cè)溫法如熱電偶法，其局限性在于測(cè)量溫度范圍十分有限，一般用于2500K W下的溫度測(cè)量，應(yīng)用到火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟葴y(cè)量時(shí)，熱電偶無法測(cè)量高溫燃?xì)鉁囟?；?次，熱電偶測(cè)溫響應(yīng)慢，具有一定的滯后性，不適合火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟鹊膭?dòng)態(tài)快速響應(yīng)。
[0004] 非接觸測(cè)溫方法中，適合火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟葴y(cè)試的方法并不多：
[0005] 西北工業(yè)大學(xué)的徐朝啟等人在《固體推進(jìn)劑燃燒溫度的雙波長(zhǎng)測(cè)試方法》提出了 一種雙波長(zhǎng)法測(cè)試固體推進(jìn)劑燃燒溫度。選取兩個(gè)波長(zhǎng)區(qū)間，得到兩個(gè)區(qū)間光譜福射量的 比值，擬合光譜福射量比值和溫度的關(guān)系式，在實(shí)驗(yàn)測(cè)得光譜福射量的前提下，通過擬合關(guān) 系式計(jì)算推進(jìn)劑燃燒溫度。該種雙波長(zhǎng)測(cè)溫方法仍有一定的缺陷；（1)雙波長(zhǎng)測(cè)溫法只能 選取兩個(gè)特定的波長(zhǎng)區(qū)間，不能表征其他波段的光譜福射量與溫度的關(guān)系；(2)該方法主 要測(cè)量推進(jìn)劑凝相產(chǎn)物（主要是Al2〇3)的光譜福射量，忽略大量氣相產(chǎn)物光譜福射量的影 響，只能適用于特定種類的推進(jìn)劑；（3)該方法要求使用者預(yù)先測(cè)定其他推進(jìn)劑的光譜福 射量和燃?xì)鉁囟?，從而擬合出光譜福射量與溫度的關(guān)系式，應(yīng)用于未知推進(jìn)劑燃燒溫度的 測(cè)量，過程比較繁瑣，無法進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
[0006] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)的孫曉剛等人在《基于多光譜法的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)羽焰溫度測(cè) 量》中，采用8波長(zhǎng)高溫光譜儀對(duì)中國(guó)某型號(hào)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)羽焰溫度進(jìn)行測(cè)量。該種方法 的不足是；（1)光譜儀只能采集8個(gè)波長(zhǎng)的光譜福射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)較少，容易受到非測(cè)量 對(duì)象福射光譜的干擾；（2)該方法需要預(yù)先假設(shè)被測(cè)對(duì)象的發(fā)射率模型，當(dāng)被測(cè)目標(biāo)實(shí)際 的發(fā)射率模型與假定情形不相符時(shí)，誤差很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種考慮多波長(zhǎng)光譜福射的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟?測(cè)試方法，基于普朗克定律，W波長(zhǎng)、溫度和光譜福射強(qiáng)度的關(guān)系作為數(shù)據(jù)處理依據(jù)，采集 200nm-2000nm范圍內(nèi)光譜波長(zhǎng)和對(duì)應(yīng)的光譜福射強(qiáng)度，建立波長(zhǎng)和光譜福射強(qiáng)度的數(shù)學(xué)模 型，根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型計(jì)算火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟取?br>[000引考慮多波長(zhǎng)光譜福射的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟葴y(cè)試方法基本原理如下：
[0009] 對(duì)于黑體，普朗克定律表達(dá)式如下：
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種考慮多波長(zhǎng)光譜輻射的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟葴y(cè)試方法，其特征在于，包括如下 步驟： 51、 構(gòu)建普朗克曲線數(shù)據(jù)庫(kù)：根據(jù)普朗克定律，采用編程的方式，在200nm-2000nm的波 長(zhǎng)范圍內(nèi)，預(yù)先計(jì)算獲得1000K-5000K范圍內(nèi)每一個(gè)溫度點(diǎn)下波長(zhǎng)與對(duì)應(yīng)光譜輻射強(qiáng)度的 普朗克曲線； 52、 多波長(zhǎng)光譜儀的標(biāo)定：考慮到光譜強(qiáng)度在數(shù)據(jù)采集、處理過程中的損失，在 1000K-3000K溫度范圍內(nèi)，采用黑體爐對(duì)多波長(zhǎng)光譜儀進(jìn)行標(biāo)定，獲得光譜輻射強(qiáng)度的損失 函數(shù)，3000K以上，損失函數(shù)采用外推法處理，進(jìn)而得到普朗克定律修正關(guān)系式； 53、 在200nm-2000nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，采集火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)廨椛涔庾V中多個(gè)波長(zhǎng)和相應(yīng) 的光譜輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)； 54、 根據(jù)標(biāo)定的損失函數(shù)，計(jì)算獲取光譜輻射強(qiáng)度的補(bǔ)償值； 55、 根據(jù)燃?xì)廨椛涔庾V波長(zhǎng)和對(duì)應(yīng)的輻射強(qiáng)度補(bǔ)償值，擬合實(shí)測(cè)光譜輻射強(qiáng)度公式，得 到燃?xì)廨椛涔庾V波長(zhǎng)與對(duì)應(yīng)光譜輻射強(qiáng)度的實(shí)測(cè)關(guān)系曲線； 56、 基于最小二乘原理，將光譜波長(zhǎng)與對(duì)應(yīng)光譜輻射強(qiáng)度的實(shí)測(cè)關(guān)系曲線與不同溫度 下的普朗克曲線進(jìn)行匹配，當(dāng)曲線的吻合程度最高時(shí)，即認(rèn)為實(shí)測(cè)溫度為普朗克曲線所表 征的溫度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮多波長(zhǎng)光譜輻射的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟葴y(cè)試方法，本發(fā)明基于普朗克定律，通過采集燃?xì)廨椛涔庾V波長(zhǎng)與對(duì)應(yīng)的光譜輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，將燃?xì)夤庾V波長(zhǎng)和光譜強(qiáng)度的實(shí)測(cè)關(guān)系曲線與不同溫度下的普朗克曲線進(jìn)行匹配，根據(jù)匹配程度，確定火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鈱?shí)際溫度；本發(fā)明所能測(cè)試溫度最高可達(dá)5000K，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過熱電偶的測(cè)溫范圍，更適應(yīng)于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)飧邷販y(cè)量；本發(fā)明能夠采集多達(dá)數(shù)百個(gè)波長(zhǎng)及所對(duì)應(yīng)的光譜輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，提高了波長(zhǎng)和光譜輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)擬合的精度，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。相比于雙波長(zhǎng)測(cè)溫法和8波長(zhǎng)光譜儀測(cè)溫，能更準(zhǔn)確計(jì)算燃?xì)鉁囟?，適用性更強(qiáng)。
【IPC分類】G01K11-30
【公開號(hào)】CN104864977
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410820718
【發(fā)明人】胡松啟, 陳雨, 武冠杰, 劉歡, 馬仕才
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2014年12月17日