飞机测试用基于红外光源等效的太阳辐射试验系统及方法与流程

1.本发明涉及飞机测试技术领域，具体是涉及飞机测试用基于红外光源等效的太阳辐射试验系统及方法。


背景技术：

2.太阳辐射试验是验证工业产品环境适应性的一项典型试验，用于确定太阳辐射对产品产生的热效应和光化学效应。对于军用飞机，太阳辐射试验是其研制过程中的必要试验，一般在自然环境和人工模拟的实验室环境中开展，其中，实验室试验由于条件可控，周期短，具备复现性等一系列优点，是我国飞机太阳辐射环境适应性验证的主要手段。
3.针对太阳辐射的热效应分析，我国的军用标准gjb150.7a《军用飞机实验室环境试验方法第七部分：太阳辐射试验》给出了具体的试验程序，该程序中，以1h为间隔，要求了每个时间点的环境温度以及辐照度。在实验室进行太阳辐射环境模拟时，对于热效应的分析往往采用红外光源，可有效降低试验成本，特别是对于大型飞机而言，要保证试验有效区域覆盖其整个尺寸需要大量的辐射灯。为了防止“过试验”和“欠试验”，应保证实验室采用红外辐射灯的模拟环境和自然环境的等效性。然而，该方面的研究较为有限，缺乏等效性相关研究资料，更有试验直接采用标准中给出的参数进行试验。由于红外灯的光谱和自然环境存在显著差异，未经过等效性分析而进行的试验可能严重偏离真实情况。针对该问题，gjb150.7a指出，应对辐照度进行调整以得到相同的热效应。
4.目前，市场上存在大量不同类型的太阳辐射模拟装置，若完全按照相关环境试验标准中提供的辐照度要求开展试验，必然带来不同的试验结果，特别是以完整飞机为试验对象时，可能带来危害性后果。因此，本发明给出一种基于红外光源等效的太阳辐射试验方法，以更准确的实施标准gjb150.7a中的等试验方法，避免“过试验”和“欠试验”，用于确定太阳辐射对飞机产生的热效应。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题是：目前缺乏等效红外光源的太阳辐射试验的设计系统及方法，导致太阳辐射试验存在过试验和欠试验的缺陷。
6.为解决上述问题，本发明的技术方案如下：飞机测试用基于红外光源等效的太阳辐射试验系统，包括：用于模拟基于红光源太阳辐射试验对应飞机考核面进行外场试验的试验支持台，试验支持台包括：底部的数条支撑腿，与数条支撑腿顶部固定连接的台面，台面正表面设有第一辐照计和第一温度传感器，台面正表面中心位置横向等距设有数个顶部开口的转动关节，转动关节与台面转动连接，转动关节开口内部设有磁铁，磁铁顶部可吸附底部设有铁片的支撑杆，支撑杆顶部设有螺纹，可通过螺纹连接底部设有匹配螺纹的固定板，固定板顶部设有母粘扣带，母粘扣带可
粘接子粘扣带，子粘扣带顶部中心位置固定有热电偶，子粘扣带通过胶水与标准试样粘接，固定在台面底部的测量采集模块，用于接收外场试验收集数据的计算机终端，测量采集模块与计算机终端电性连接，计算机终端内搭载有数据处理子系统，数据处理子系统包括：用于对测量采集模块采集到的数据进行整理并勾画出关系曲线图后，进行初步筛除的初步数据整理模块，用于通过初步数据整理模块整理后的数据建立辐照度-温度对应关系表的进一步数据处理模块，用于存储测量采集模块采集数据的数据库。
7.进一步地，台面顶部铺设有橡塑海绵，所述橡塑海绵表面粘贴有铝箔，以减少地面反射的太阳光对试验温度的影响。
8.进一步地，标准试样顶部表面设有第二温度传感器和第二辐照计，以实时采集标准试样受到的阳光辐射度及温度。
9.进一步地，测量采集模块包括：plc控制器、与plc控制器电性连接的无线联网模块，plc控制器与第一温度传感器、第二温度传感器、第一辐照计、第二辐照计电性连接，在plc控制器获取到第一温度传感器、第二温度传感器、第一辐照计、第二辐照计实时采集数据后，每半小时通过无线联网模块将数据传输至计算机终端。
10.更进一步地，试验支持台的材料选用塑料或木材，以上两种材料对太阳能吸收比较低，能够进一步保证标准试样获取数据准确性。
11.飞机测试用基于红外光源等效的太阳辐射试验方法，包括以下步骤：s1、制备标准试样；s2、制定外场试验标准对照谱：在外场自然环境下，开展标准试样的太阳辐射试验，试验时间选取为炎热的夏季，试验地点选取为开阔无遮挡的平地，以获取较高辐照度引起试样的热效应情况，外场试验周期为一至三个月，在外场试验结束后，对试验数据进行分析，得出外场试验标准对照谱，具体包括以下步骤：s2-1、准备外场试验，具体包括以下内容：记录需要进行红外光源太阳辐射试验的飞机的考核面数量及每个考核面相对于地面的角度，再将试验支持台放置于试验地点的地面上，在试验支持台的台面上选取与考核面数量相同的转动关节，每个转动关节顶部连接有支撑杆，支撑杆顶部通过固定板与标准试样固定连接，标准试样底部中心位置设有热电偶，通过转动关节的转动改变标准试样相对于地面的角度，使标准试样相对于地面的角度与对应考核面相对于地面的角度相同，其中，标准试样与支撑杆垂直，在台面上设置第一温度传感器和第一辐照计以实时获取外场试验中的环境温度与环境辐照度，在每个标准试样顶部表面粘贴第二温度传感器和第二辐照计以实时获取每个标准试样对应考核面的温度和辐照度，s2-2、在外场试验中获取测量数据，具体包括以下内容：外场试验中，测量采集模块获取第一温度传感器、第二温度传感器、第一辐照计、第二辐照计采集数据，并传输至计算机终端，计算机终端搭载的数据处理子系统将数据存
储至数据库，s2-3、在外场试验后对数据进行处理；s3、调试实验室内场等效性试验以满足辐照度要求，具体包括以下步骤：将试验支持台放置在实验室，选取试验支持台中心位置的一个转动关节，通过转动关节内的磁铁磁吸支撑杆，支撑杆顶部再通过固定板固定标准试验件，标准试验件与支撑杆垂直，按照每个标准试样对应考核面的顺序，依次进行以下操作：改变转动关节的角度使标准试样相对于地面的倾斜角度与对应考核面相对于地面的角度相同，并通过控制红外光源辐照度，使标准试样温升与外场试验标准对照谱一致，并记录调试过程中红外光源的辐照度，等效性试验中实验室温度为常温且保持恒定，仅对辐照度进行控制；s4、确定内外场等效性函数关系：分别建立每个标准试样的自然环境外场辐照度和实验室内场辐照度的对应关系表，将自然环境外场辐照度和实验室内场辐照度进行曲线拟合，建立自然环境外场辐照度和实验室内场辐照度的分段函数关系式，得出每个标准试样对应的内外场等效性函数关系，分段函数关系式为：上式中，为单个标准试样在自然环境外场中的辐照度，为单个标准试样在实验室内场中的辐照度，为单个标准试样在外场试验中辐照度上升阶段与实验室内场辐照度的拟合函数，为单个标准试样在外场试验中辐照度下降阶段与实验室内场辐照度的拟合函数；s5、开展飞机实验室太阳辐射试验依据试验任务书给定的试验方法，通过每个标准试样对应考核面的内外场等效性函数关系，对实验室中每个考核面对应红外辐射灯模块的辐照度进行修正，并以每半小时为时间点调整一次辐照度，开展飞机实验室太阳辐射试验。
12.优选地，步骤s1具体包括以下内容：依据飞机受太阳光照射区域典型特征，包括材质、粗糙度、颜色，制备典型标准试样，标准试样的尺寸小于实验室单个红外辐射灯模块的有效区域大小，从而保证在实验室内场试验过程中，通过单个红外辐射灯模块的调整就能达到所需辐射效果。
13.优选地，步骤s2-3具体包括以下内容：s2-3-1、初步数据处理：初步数据整理模块剔除雨天、阴天、大风天气情况下的测量数据，选用多组晴天的测量数据建立外场试验周期内每个标准试样对应考核面每天的时间-辐照度、时间-环境温度以及时间-标准试样温度的对应关系曲线，当曲线在长时间段内存在异常现象时，剔除该时间段内的测量数据；s2-3-2、进一步数据处理：基于统计学方法，对步骤s2-3-1处理后测量数据中的异常值进行剔除，进一步数据处理模块建立时间与辐照度、标准试样温度、环境温度、温升的对应关系表，再通过对应关系表建立每个标准试样对应考核面的辐照度-温度对应关系表，
作为外场试验标准对照谱。
14.以上方法能够填补现有的太阳辐射试验标准中，对于飞机各个考核面实际接受辐照度欠缺考虑的缺陷。
15.更进一步优选地，步骤s4中，由于各种标准试样材料的等效性关系各异，、的函数形式均包括：幂函数、多项式，使得红外光源等效的太阳辐射试样方法能够适应于不同材质的飞机部位。
16.本发明的有益效果是：（1）本发明针对飞机实验室太阳辐射试验，提供一种飞机测试用基于红外光源等效的太阳辐射试验方法，以真实模拟外场自然环境，为我国飞机的环境适应性验证工作提供新思路，有效保证了和自然环境的等效性，防止“过试验”和“欠试验”；（2）对于大型飞机的实验室太阳辐射试验，本发明使用红外辐射灯替代全光谱，可显著降低试验成本；（3）本发明形式简单、高效、易于应用，对于多个飞机的实验室太阳辐射试验，通过提前部署，在外场一次性对多个试样进行试验，可极大减少试验周期，此外，后续在建立各飞机典型材料的外场试验数据库后，可直接应用于实验室试验。
附图说明
17.图1是实施例2的方法流程图；图2是实施例1中试验支持台的正视图；图3是实施例1中试验支持台的侧视图；图4是实施例1中支撑杆、固定板与标准试样之间的连接关系图；图5是相对于地面的角度为10
°
的考核面在场外试验第十五天的时间-辐照度变化图；图6是相对于地面的角度为10
°
的考核面在场外试验第十六天的时间-辐照度变化图；其中，1-试验支持台、2-台面、3-测量采集模块、4-支撑杆、5-转动关节、6-固定板、61-母粘扣带、62-子粘扣带、63-热电偶、7-第一辐照计、8-标准试样、9-第一温度传感器、10-第二辐照计、11-第二温度传感器。
具体实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
19.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
20.应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述
……
，但这些
……
不应限于这些术语。这些术语仅用来将
……
区分开。例如，在不脱离本发明实施
例范围的情况下，第一
……
也可以被称为第二
……
，类似地，第二
……
也可以被称为第一
……
。
21.实施例1本实施例为飞机测试用基于红外光源等效的太阳辐射试验系统，包括：用于模拟基于红光源太阳辐射试验对应飞机考核面进行外场试验的试验支持台1，如图2、图3所示，试验支持台1的材料选用塑料，试验支持台1包括：底部的两条支撑腿，与数条支撑腿顶部固定连接的台面2，台面2正表面设有第一辐照计7和第一温度传感器9，台面2正表面中心位置横向等距设有五个顶部开口的转动关节5，转动关节5与台面2转动连接，转动关节5开口内部设有磁铁，磁铁顶部可吸附底部设有铁片的支撑杆4，如图4所示，支撑杆4顶部设有螺纹，可通过螺纹连接底部设有匹配螺纹的固定板6，固定板6顶部设有母粘扣带61，母粘扣带61可粘接子粘扣带62，子粘扣带62顶部中心位置固定有热电偶63，子粘扣带62通过胶水与标准试样8粘接，台面2顶部铺设有橡塑海绵，橡塑海绵表面粘贴有铝箔，标准试样8顶部表面设有第二温度传感器11和第二辐照计10，固定在台面2底部的测量采集模块3，测量采集模块3包括：plc控制器、与plc控制器电性连接的无线联网模块，用于接收外场试验收集数据的计算机终端，测量采集模块3与计算机终端电性连接，计算机终端内搭载有数据处理子系统，数据处理子系统包括：用于对测量采集模块3采集到的数据进行整理并勾画出关系曲线图后，进行初步筛除的初步数据整理模块，用于通过初步数据整理模块整理后的数据建立辐照度-温度对应关系表的进一步数据处理模块，用于存储测量采集模块3采集数据的数据库。
22.实施例2本实施例为基于实施例1飞机测试用基于红外光源等效的太阳辐射试验系统的飞机测试用基于红外光源等效的太阳辐射试验方法，如图1所示，包括以下步骤：s1、制备标准试样8依据飞机受太阳光照射区域典型特征，包括材质、粗糙度、颜色，制备典型标准试样8，标准试样8的尺寸小于实验室单个红外辐射灯模块的有效区域大小；s2、制定外场试验标准对照谱：在外场自然环境下，开展标准试样的太阳辐射试验，试验时间选取为炎热的夏季，试验地点选取为开阔无遮挡的平地，以获取较高辐照度引起试样的热效应情况，外场试验周期为三个月，在外场试验结束后，对试验数据进行分析，得出外场试验标准对照谱，具体包括以下步骤：s2-1、准备外场试验，具体包括以下内容：记录需要进行红外光源太阳辐射试验的飞机的考核面数量及每个考核面相对于地面的角度，记录数据为：五个考核面，相对于地面的角度分别为：10
°
、25
°
、45
°
、60
°
、70
°
，再将试验支持台1放置于试验地点的地面上，在试验支持台1的台面2上选取与考核面数量相同的五个转动关节5，每个转动关节5顶部连接有支撑杆4，支撑杆4顶部通过固定板6与标准试样8固定连接，标准试样8底部中心位置设有热电偶63，通过转动关节5的转
动改变标准试样8相对于地面的角度，使标准试样8相对于地面的角度与对应考核面相对于地面的角度相同，其中，标准试样8与支撑杆4垂直，在台面2上设置第一温度传感器9和第一辐照计7以实时获取外场试验中的环境温度与环境辐照度，在每个标准试样8顶部表面粘贴第二温度传感器11和第二辐照计10以实时获取每个标准试样8对应考核面的温度和辐照度，s2-2、在外场试验中获取测量数据，具体包括以下内容：外场试验中，测量采集模块3获取第一温度传感器9、第二温度传感器11、第一辐照计7、第二辐照计10采集数据，并传输至计算机终端，计算机终端搭载的数据处理子系统将数据存储至数据库，s2-3、在外场试验后对数据进行处理；s3、调试实验室内场等效性试验以满足辐照度要求，具体包括以下步骤：将试验支持台1放置在实验室，选取试验支持台1中心位置的一个转动关节5，通过转动关节5内的磁铁磁吸支撑杆4，支撑杆4顶部再通过固定板6固定标准试验件，标准试验件与支撑杆4垂直，按照每个标准试样8对应考核面的顺序，依次进行以下操作：改变转动关节5的角度使标准试样8相对于地面的倾斜角度与对应考核面相对于地面的角度相同，并通过控制红外光源辐照度，使标准试样8温升与外场试验标准对照谱一致，并记录调试过程中红外光源的辐照度，等效性试验中实验室温度为常温且保持恒定，仅对辐照度进行控制；s4、确定内外场等效性函数关系：分别建立每个标准试样8的自然环境外场辐照度和实验室内场辐照度的对应关系表，将自然环境外场辐照度和实验室内场辐照度进行曲线拟合，建立自然环境外场辐照度和实验室内场辐照度的分段函数关系式，得出每个标准试样8对应的内外场等效性函数关系，分段函数关系式为：上式中，为单个标准试样8在自然环境外场中的辐照度，为单个标准试样8在实验室内场中的辐照度，为单个标准试样8在外场试验中辐照度上升阶段与实验室内场辐照度的拟合函数，为单个标准试样8在外场试验中辐照度下降阶段与实验室内场辐照度的拟合函数，由于各种标准试样8材料的等效性关系各异，、的函数形式均包括：幂函数、多项式；s5、开展飞机实验室太阳辐射试验依据试验任务书给定的试验方法，通过每个标准试样8对应考核面的内外场等效性函数关系，对实验室中每个考核面对应红外辐射灯模块的辐照度进行修正，并以每半小时为时间点调整一次辐照度，开展飞机实验室太阳辐射试验。
23.实施例3本实施例与实施例2的区别之处在于：步骤s2-3具体包括以下内容：
s2-3-1、初步数据处理：初步数据整理模块剔除雨天、阴天、大风天气情况下的测量数据，选用多组晴天的测量数据建立外场试验周期内每个标准试样8对应考核面的每天的时间-辐照度、时间-环境温度以及时间-标准试样8温度的对应关系曲线，当曲线在长时间段内存在异常现象时，剔除该时间段内的测量数据，相对于地面的角度为10
°
的考核面在场外试验第十五天的时间-辐照度如图5所示，第十六天的时间-辐照度如图6所示，以图6为例，虚线中的数据应予以剔除；s2-3-2、进一步数据处理：基于统计学方法，对步骤s2-3-1处理后测量数据中的异常值进行剔除，进一步数据处理模块建立时间与辐照度、标准试样8温度、环境温度、温升的对应关系表，对应关系表如下：表1 时间与辐照度、标准试样温度、环境温度、温升的对应关系表再通过对应关系表建立每个标准试样8对应考核面的辐照度-温度对应关系表作为外场试验标准对照谱，辐照度-温度对应关系表如下：表2 辐照度-温度对应关系表步骤s5中，相对于地面的角度为10
°
的的考核面的实验室红外光源辐照度-时间的对应关系表如下：表3 相对于地面的角度为10
°
的考核面的实验室红外光源辐照度-时间对应表