一种导弹尾焰射流分布测试方法及系统与流程

1.本发明涉及辐射高温测定法领域，具体涉及一种导弹尾焰射流分布测试方法及系统。


背景技术：

2.热发射是导弹依靠自身发动机产生的推力飞离发射装置的发射方式，是导弹的重要发射方式之一。导弹热发射过程中会产出大量高温燃气流形成导弹尾焰，从而容易对周围的发射设施和设备造成影响。为了准确研究固体推进剂的燃烧和发动机内燃烧流场的特性，导弹尾焰的温度分布参数测试非常重要。
3.目前，针对导弹尾焰的温度分布测试是通过接触法和非接触法进行，接触法通过热电偶和热电阻温度计等进行温度测量，非接触法以光学法为主进行温度测量，其中接触法得到的温度分布更真实。但是，导弹尾焰温度高，因导弹发射前导弹尾焰的温度分布范围未知，且导弹发射场地可能在山上等，容易引起场地着火，还容易在测试温度过程中引起元器件损坏导致测量结果不准确，且导弹发射之后因成本、实际需求和实际操作因素等限制，难以以导弹实际发射时温度分布反复测试结果进行特性分析，故需要在导弹发射时进行一次性的温度分布测试，目前的接触法温度分布测试范围是根据已经测试过的导弹的动力再结合经验进行预测，不同类型导弹发射后尾焰的温度分布范围会存在差异，温度分布范围与实际导弹尾焰的温度分布范围存在差异，从而容易导致目前的接触法温度分布测试存在测量点遗漏的问题。


技术实现要素：

4.本发明意在提供一种导弹尾焰射流分布测试系统，以解决现有接触法温度分布测试存在测量点遗漏的问题。
5.本方案中的导弹尾焰射流分布测试系统，包括校验子系统和测试子系统；
6.所述测试子系统包括位于后台的处理模块和多个与处理模块无线通信的测试装置，所述测试装置的竖直方向上设置多个竖直测量点；
7.所述校验子系统用于在导弹发射前对测试装置上温度的检测器件以预设方式进行校验，所述校验子系统在检测器件校验合格后向测试子系统发送测试信号；
8.所述测试子系统收到测试信号后将测试装置按照分布方位设置在导弹后方的测试区域内。
9.本方案的有益效果是：
10.在对导弹尾焰进行温度分布测试前，通过校验子系统对测试装置上温度的检测器件进行多项性能的校验测试，能够在进行导弹尾焰温度分布测试前确保温度传感器的性能能够测试到温度值，防止温度传感器因自身性能问题无法测量到导弹尾焰的温度值；并在多项性能测试通过后，让测试装置按照分布方位进行设置，并在沿着竖直方向设置检测器件，在立体空间的多个方位上进行温度值测量，提高温度测量点的覆盖面，在保持温度传感
器自身能够承受导弹尾焰温度不损坏的前提下，提高测温的连续性和准确性，并且从多个角度和方位上进行温度测量，提高温度测量的全面性，避免导弹尾焰温度测量点的遗漏。
11.进一步，所述检测器件包括温度传感器和传输温度传感器检测数据的导线，所述校验子系统包括校准模块、耐温模块、模拟模块和控制模块，所述校准模块用于按照预设条件对若干温度传感器加温并检测预设参数，所述耐温模块用于对导线外的高温套管加温并探测导线是否短路的线路信息，获取导线不短路的安全温度，所述模拟模块用于检测温度传感器对模拟条件下的发射尾焰温度检测能力信息，所述控制模块获取预设参数、安全温度和检测能力信息，并根据预设参数、安全温度和检测能力信息判断温度传感器和高温套管是否达到预设要求，当温度传感器和高温套管达到预设要求时，所述控制模块向测试子系统发送测试信号。
12.有益效果是：通过多个模块分别对温度传感器和导线外的高温套管进行多项性能的测试，保证测试装置上的温度传感器和导线能够供准确检测并传输温度数据，防止在后续测试过程中因温度传感器或导线损坏而遗漏所需检测的温度数据。
13.进一步，所述控制模块位于测试装置内，所述控制模块信号连接处理模块，所述测试装置在竖直方向上设置若干经过校准模块、耐温模块和模拟模块测试后的温度传感器，所述控制模块按照预设采样频率获取温度传感器对导弹尾焰温度的测量值，所述测试装置按照分布方位进行设置，所述分布方位为以导弹尾端面为水平起点，从导弹中心轴在尾端面的中心点沿地面发射出若干个预设角度的射线，并在射线上设置若干个地面测量点处。
14.有益效果是：将测试后的温度传感器设置在测试装置上进行导弹尾焰的温度测量，避免损坏导致遗漏温度数据，并且以水平和竖直方向上的多点测量组成立体测量空间，测量点的分布能够准确覆盖导弹尾焰的温度测量点，从上述两个方面避免导弹尾焰中温度分布测量点的遗漏。
15.进一步，所述测试装置包括底座和测量立杆，所述底座内开设有空腔，所述空腔内壁上固设有用于支撑控制模块的延伸座，所述延伸座延伸至中心处，所述测量立杆固定设置在底座上，所述测量立杆的多个竖直测量点处设置若干温度传感器。
16.有益效果是：每个测试装置都设置多个在竖直方向上分布的温度传感器，能够在竖直方位上进行多点测量，并与地面测量点共同形成了立体式的测量空间，提高测量点的覆盖全面性。
17.进一步，所述校准模块和模拟模块对去掉外壳的温度传感器进行校准检验。
18.有益效果是：将温度传感器去掉外壳后进行校准检验，能够避免大部分金属外壳快速吸热后造成测温延迟，让温度传感器能够直接接触到导弹尾焰快速检测温度。
19.进一步，所述模拟模块包括用于发射尾焰的尾焰模拟单元和支撑尾焰模拟单元的发射支架，所述模拟条件为尾焰模拟单元发射预设温度的尾焰，所述温度传感器位于发射支架下方进行温度检测。
20.有益效果是：通过尾焰模拟单元进行预设温度发射尾焰的模拟，能够在导弹发射之前准确测试温度传感器的检测性能，保持温度传感器在导弹发射过程中能够测试到温度值，以在导弹发射过程中准确进行测量。
21.进一步，所述处理模块从控制模块获取温度传感器对导弹尾焰温度的测量值，根据预设参数建立测温误差模型并用测温误差模型对测量值进行校正补偿，所述处理模块将
预设参数中的温度阶跃变化曲线进行对比建立动态延迟测温补偿模型，所述处理模块利用动态延迟测温补偿模型对测量值进行响应补偿，所述处理模块在对测量值校正补偿和响应补偿后进行数据拟合，并绘制导弹尾焰的温度分布图。
22.有益效果是：在对温度传感器进行校准后，根据校准得到的预设参数建立测温误差模型，并利用工测温误差模型对测量值进行校准补偿，提高导弹尾焰温度测量值的准确性，另外，因比热容和体积等物理性质限制，以及数据采样频率和模数转换速度等因素影响，温度测量过程中，温度传感器对快速变化的温度测量存在一定延迟，该动态测温试验能够校准其在温度上升沿的测量误差。
23.进一步，所述预设采样频率为2ms。
24.有益效果是：通过控制模块按照预设采样频率进行测量值获取，采样间隔小，能够适应较小的导弹尾焰作用时间，以准确测量到导弹尾焰的温度，以避免测量值获取的遗漏。
25.导弹尾焰射流分布测试方法，包括以下内容：
26.在导弹发射前，对若干温度传感器分别按照预设条件进行加温，让温度传感器检测预设参数，检测若干温度传感器在模拟条件下的发射尾焰温度检测能力信息，获取导线不短路的安全温度，对温度传感器导线外的高温套管加温，并检测导线是否短路的线路信息，根据预设参数、检测能力信息和安全温度判断温度传感器和高温套管是否达到预设要求，当温度传感器和高温套管达到预设要求时，发送测试信号；
27.在收到测试信号后，将多个温度传感器沿着竖直方向安装至测试装置上，将多个测试装置按照分布方位设置在导弹后方的测试区域内；
28.在导弹发射过程中，通过若干地面测量点处测试装置上的多个温度传感器检测导弹尾焰温度的测量值，对测量值进行数据拟合，并绘制导弹尾焰的温度分布图。
29.本方案的有益效果是：
30.在对实际的导弹发射尾焰进行温度分布测试前，先对温度传感器及其导线外的高温套管进行测试，能够保证温度传感器及其导线外的高温套管在导弹尾焰的高温条件下能够检测温度并传输温度信号，从测试部件本身确保温度分布测试的准确性；在温度传感器及其高温套管能够承受导弹尾焰温度后，将温度传感器在多个地面测量点和多个竖直测量点组成的立体空间中进行温度测量，提高测量点分布的完整性和全面性，提高导弹尾焰温度分布测量的准确性。
31.进一步，在导弹尾焰发射前，将去掉外壳的温度传感器的探头加温进行校准检验。
32.有益效果是：利用去掉外壳后的温度传感器进行导弹尾焰温度的检测，能够直接接触到尾焰进行温度测量，还能避免外壳对温度测量的干扰。
附图说明
33.图1为本发明实施例一中导弹尾焰射流分布测试系统的示意性框图；
34.图2为本发明实施例一中导弹尾焰射流分布测试系统中测试装置的主视图；
35.图3为本发明实施例一中导弹尾焰射流分布测试系统中测试装置的位置分布图。
具体实施方式
36.下面通过具体实施方式进一步详细说明。
37.说明书附图中的附图标记包括：底座1、测量立杆2、竖直测量点3、控制模块4。
38.实施例一
39.导弹尾焰射流分布测试系统，如图1所示：包括校验子系统和测试子系统，测试子系统包括位于后台的处理模块和多个与处理模块无线通信的测试装置，测试装置的竖直方向上设置多个竖直测量点3；校验子系统用于在导弹发射前对测试装置上温度的检测器件以预设方式进行校验，校验子系统在检测器件校验合格后向测试子系统发送测试信号，测试子系统收到测试信号后将测试装置按照分布方位设置在导弹后方的测试区域内。
40.检测器件包括温度传感器和传输温度传感器检测数据的导线，温度传感器可用现有的测温铂电阻进行温度测量，校验子系统包括校准模块、耐温模块、模拟模块和控制模块4，测试子系统包括位于后台的处理模块和多个测试装置。
41.校准模块用于按照预设条件对若干温度传感器加温并检测预设参数，加温是指让温度传感器或导线及其高温套管位于一定温度条件下，加温使用现有的热风枪进行，热风枪可用现有sbk850d型号的热风拆焊台产品，在校准模块对温度传感器进行校准时，预设条件包括灵敏度条件、静态标校条件和动态测温条件；灵敏度条件为以两只温度传感器为一组，两只温度传感器的位置对立设置，两只温度传感器测量温度后的温差作为预设参数，温差可以两只温度传感器检测温度时的阻值差进行表示；静态标校条件为让热风枪分别以第一温度和第二温度对多个温度传感器进行加温，例如以200℃和350℃分别对三十六只温度传感器进行加温，以温度传感器在静态标校条件下得到的静态阻值为预设参数；动态测温条件为让热风枪分别以第三温度和第四温度对温度传感器进行加温，例如第三温度为200℃，第四温度为350℃，再将温度传感器快速移出热风枪的出风口，并由红外测温仪检测温度传感器的温度阶跃变化曲线，以该温度阶跃变化曲线作为预设参数，各个温度传感器信号连接在控制模块4的不同引脚上，控制模块4信号连接处理模块。
42.耐温模块用于对导线外的高温套管加温并探测导线是否短路的线路信息，获取导线不短路的安全温度，导线是否短路通过控制模块4从温度传感器反馈回来的电阻值进行判断，当控制模块4收到温度传感器的电阻值变化量大于阈值时判断导线短路，导线是否短路也可以通过现有的万用表检测电阻进行，当电阻基本为零时，标识导线短路，使用热喷枪对导线外的高温套管加温，喷枪可用现有h01-2型号的焊炬产品，并提高加温温度，直至检测到导线短路的临界温度作为安全温度。
43.模拟模块用于检测温度传感器对模拟条件下的发射尾焰温度检测能力信息，检测能力信息以温度传感器检测到的发射尾焰温度进行标识，模拟模块包括用于发射尾焰的尾焰模拟单元和支撑尾焰模拟单元的发射支架，模拟条件为尾焰模拟单元发射预设温度的尾焰，尾焰模拟单元可用现有小型火箭，以进行导弹尾焰模拟，温度传感器位于发射支架下方进行温度检测，发射支架为立方体状的架子。
44.控制模块4获取预设参数、安全温度和检测能力信息发送至测试子系统，控制模块4可用现有的stm32系列的单片机，控制模块4根据预设参数、安全温度和检测能力信息判断温度传感器和高温套管是否达到预设要求，预设要求为温度传感器灵敏度达到要求、检测能力信息是能够检测出尾焰温度和安全温度大于实际所需测量的尾焰温度，例如安全温度大于实际所需测量的920℃尾焰温度，针对灵敏度符合预设要求为两只温度传感器在正面和反面测温时的温差小于或等于3℃；当温度传感器和高温套管达到预设要求时，控制模块
4进行测试信息提示，测试信息提示可以通过蜂鸣器进行播放提示，控制模块4通过数据线向处理模块发送测试信号。通过对温度传感器进行多项测试，能够从多个方面评价温度传感器检测导弹尾焰温度的性能，提高温度传感器在导弹尾焰温度检测的特殊情况下检测的耐受性，降低损坏几率。
45.如图2所示，测试装置包括底座1和测量立杆2，底座1内开设有空腔，空腔内壁上焊接有用于支撑控制模块4的延伸座，延伸座成长条状，延伸座端部延伸至空腔的中心处，测量立杆2焊接设置在底座1上，测量立杆2的多个竖直测量点3处分别设置若干温度传感器，竖直测量点3距离地面的高度根据实际需求情况进行设置，例如，在测量立杆2距离地面0.3米、1米和2.5米高度处分别安装两只测温传感器，一根测量立杆2上共六只温度传感器，0.3米处传感器用于测量尾焰经发射车的导流板后的热流温度，2.5米处传感器用于测量导弹升空后，尾焰对下方的热影响。
46.如图3所示，测试装置内安装有控制模块4，当收到测试信号后，测试装置在竖直方向上设置若干经过校准模块、耐温模块和模拟模块测试后的温度传感器，控制模块4按照预设采样频率获取温度传感器对导弹尾焰温度的测量值，测量值以阻值进行表示，预设采样频率为2ms，预设采样频率相较于温度传感器普遍的10ms采样频率非常小，避免遗漏对导弹尾焰所采集的温度值，例如竖直方向上设置三个竖直测量点3，每个竖直测量点3处设置两个温度传感器，测试装置以导弹尾端面为水平起点设置在若干个预设角度的若干个地面测量点处，预设角度的范围为0
°‑
90
°
，地面测量点等间距设置，预设角度为90
°
时设置五个地面测量点，预设角度小于90
°
时设置三个地面测量点，预设角度分别为0
°
、30
°
、60
°
和90
°
，预设角度以左侧垂直于导弹中心轴的射线为0
°
，在预设角度为0
°
、30
°
和60
°
时，分别在每个预设角度且距离导弹尾端面中心点的15m、20m和25m射线上设置测试装置，当预设角度为90
°
时，分别在距离导弹尾端面中心点的15m、20m、25m、30m和35m射线上设置测试装置。通过多个地面测量点和多个竖直测量点3的布置，能够在立体空间中进行不同检测点的多层次温度检测，提高检测点覆盖的全面性和完整性，让导弹尾焰温度的检测更准确。
47.处理模块从控制模块4获取温度传感器对导弹尾焰温度的测量值，处理模块通过现有的串口数据线从控制模块4获取预设参数，处理模块根据预设参数中静态阻值建立测温误差模型，并用测温误差模型对测量值进行校正补偿，处理模块将测量多个温度传感器测量第一温度得到的静态阻值按照求平均值或标准差方式求得差异值，然后将电阻标准值加上差异值得到该第一温度对应的实际电阻，测温误差模型即为校正后的实际阻值与温度的对应关系表，例如200℃对应的电阻标准值为175.84ω，差异值为0.96，那么温度传感器的阻值为176.8ω时的温度为200℃。对温度传感器测量温度的静态参量进行校准补偿，减小温度传感器检测温度过程中的少量差异，提高温度传感器检测的准确性。
48.处理模块将预设参数中的温度阶跃变化曲线进行对比建立动态延迟测温补偿模型，温度阶跃变化曲线为温度传感器在检测导弹尾焰时温度上升至目标温度的温度变化曲线，例如温度传感器检测时温度值从当前环境的25℃上升至200℃过程中的温度变化曲线，处理模块从温度阶跃变化曲线上识别温度变化的响应时间作为动态延迟测温补偿模型，例如响应时间为温度传感器上升至目标温度所需的时延，处理模块利用动态延迟测温补偿模型对测量值进行响应补偿，例如根据动态延迟测温补偿模型中延迟了的响应时间对测量值的测量时间进行压缩，处理模块信号连接有显示模块，显示模块用于显示，显示模块可用现
有的显示器。
49.处理模块在对测量值校正补偿和响应补偿后进行数据拟合，数据拟合即将所得到测量值对应的导弹尾焰温度形成图像，并绘制导弹尾焰的温度分布图，温度分布图可以通过现有的matlab软件绘制形成。
50.基于上述导弹尾焰射流分布测试系统的导弹尾焰射流分布测试方法，包括以下内容：
51.在导弹发射前，对若干温度传感器分别按照预设条件进行加温，例如实际测试时需要四十二只温度传感器，就需要对大于实际所需数量的温度传感器进行加温测试，让每个温度传感器在预设条件下检测预设参数，预设条件包括灵敏度条件、静态标校条件和动态测温条件。
52.当预设条件为灵敏度条件时，将两只温度传感器设为一组，分别对该两只温度传感器进行先正面后反面加温和先反面后正面加温，正面是指温度传感器的探头正对导弹尾焰，反面是指温度传感器的探头未正对导弹尾焰，以温度传感器测量温度后的温差作为预设参数，即温度传感器在测量时的阻值对应的温度的温差作为预设参数。
53.当预设条件为静态标校条件时，使用热风枪分别以第一温度和第二温度对多个温度传感器分别进行加温，由温度传感器进行温度检测，将温度传感器检测温度时对应的静态阻值作为预设参数。
54.当预设条件为动态测温条件时，使用热风枪分别以第三温度和第四温度对温度传感器进行加温，再将温度传感器快速移出热风枪的出风口，并由红外测温仪检测温度传感器的温度阶跃变化曲线，以该温度阶跃变化曲线作为预设参数。
55.检测若干温度传感器在模拟条件下的发射尾焰温度检测能力信息，即通过尾焰模拟单元发射出预设温度的尾焰供温度传感器检测温度，以温度传感器是否能够准确检测到预设温度为检测能力信息。
56.通过热喷枪对温度传感器导线外的高温套管加温，并检测导线是否短路的线路信息，获取导线在加温条件下不短路的安全温度，线路信息可以通过控制模块4获取温度传感器的阻值进行判断形成，根据预设参数、检测能力信息和安全温度判断温度传感器和高温套管是否达到预设要求，当温度传感器和高温套管达到预设要求时，发送出测试信号。
57.在收到测试信号后，将多个温度传感器沿着竖直方向安装至测试装置上，在测试装置的测量立杆2距离地面第一距离、第二距离和第三距离的竖直测量点3处分别设置两个温度传感器，第一距离、第二距离和第三距离依次递增，如第一距离、第二距离和第三距离分别为0.3m、1m和2.5m，将多个测试装置按照分布方位设置在导弹后方的测试区域内，分布方位为以导弹尾端面为水平起点，从导弹中心轴在尾端面的中心点沿地面发射出若干个预设角度的射线，并在射线上设置若干个地面测量点处。
58.在导弹发射过程中，通过若干地面测量点处测试装置上的多个温度传感器检测导弹尾焰温度的测量值，根据预设参数建立测温误差模型并用测温误差模型对测量值进行校正补偿，将静态标校条件下得到的静态阻值按照求平均值或标准差方式求得差异值，然后将电阻标准值加上差异值得到该第一温度对应的实际电阻，以校正后的实际阻值与温度的对应关系表建立测温误差模型。
59.将动态测温条件下得到的两个温度传感器的温度阶跃变化曲线进行对比，并以温
度阶跃变化曲线上的温度变化的响应时间作为动态延迟测温补偿模型。
60.利用测温误差模型对测量值进行校正补偿和利用动态延迟测温模型对测量值进行响应补偿后，将所得到测量值对应的导弹尾焰温度形成图像进行数据拟合，并绘制导弹尾焰的温度分布图。
61.鉴于导弹发射的成本和实际操作局限问题，导弹发射不能因为要测试温度分布而重复进行，所以，温度分布测试要一次性地准确完整的完成，另外，导弹发射后的导弹尾焰的温度分布情况为未知，导弹尾焰的温度分布测试方式比较困难，如果测试的相关条件设置不准确，会导致浪费一次测试机会。所以，本实施例一在导弹发射之前，先对温度传感器和导线的温度承受力进行测试验证，在测试验证通过后，以空间的多个方位上的温度值测量，提高温度测量点的覆盖面，在保持温度传感器自身能够承受导弹尾焰温度不损坏的前提下，提高测温的连续性和准确性，并且从多个角度和方位上进行温度测量，提高在一次性测试的过程中进行温度测量的全面性。
62.基于实施例一，目前未这样做是因为，即使选择能够测量高温的传感器，传感器在检测导弹尾焰温度过程中如果损坏无法正常工作，还不容易被发现，造成了传感器在导弹尾焰中无法被发现的能够正常工作的假象，导致导弹尾焰温度分布测量的遗漏。针对温度传感器能够检测到导弹尾焰的温度值，现有通常是利用具有一定检测性能的传感器产品进行，不会想到增加相应的测试操作进行验证；且，本实施例一在实际检测前先对对应的温度传感器进行了性能验证，再才将验证后的温度传感器用于检测导弹尾焰温度，即在进行实际的导弹尾焰温度测试前，就让温度传感器耐受较高温度，本实施例一设置的校验条件能够在不损坏温度传感器的前提下，进行温度传感器多项性能校验，保证温度传感器在校验后能够检测到导弹尾焰的温度。
63.实施例二
64.与实施例一的区别在于，导弹尾焰射流分布测试系统，校准模块和模拟模块对去掉外壳的温度传感器进行校准检验，校准检验为实施例一中校准模块和模拟模块的校准操作，为保证温度传感器去掉外壳工程中不损坏内部结构，温度传感器通过向厂商直接定制无外壳的产品进行，由于测量过程中，测试装置距离导弹尾焰的喷射口具有一定的距离，所以，在测试温度传感器时，以喷枪和热风枪的温度进行，能够满足实际导弹发射后导弹尾焰温度测量的需求。
65.导弹尾焰射流分布测试方法，在导弹尾焰发射前，将去掉外壳的温度传感器的探头加温进行校准检验，校准检验按照实施例一中的过程进行。
66.由于热发射导弹尾焰的温度较高且具有固体物质，温度分布测试过程中导弹尾焰对温度传感器的作用时间很短，要求温度传感器对导弹尾焰温度的测量反应速度快，而目前普遍的温度传感器在测量过程中都具有一定的延迟，所以，本实施例二将温度传感器去掉外壳后进行温度测量，让温度传感器直接接触尾焰，降低温度传感器测量导弹尾焰温度的延迟，提高温度测量的反应速度，避免温度测量的遗漏，对温度传感器去掉外壳后的测量功能进行测试，避免因去掉外壳后损坏部件引起测量的误差，利用去掉外壳后的温度传感器进行导弹尾焰温度的检测，能够直接接触到尾焰进行温度测量，还能避免外壳对温度测量的干扰。
67.针对温度传感器检测存在延迟的问题，通常是通过算法进行补偿，而一般不会通
过去掉外壳的方式进行解决，原因在于，温度传感器在工业上应用时，外壳还能保护内部元器件不受损坏，延迟传感器的使用寿命。本实施例二在检测导弹尾焰温度分布的过程中，通过导弹尾焰的作用特点，特定的选择去掉外壳的温度传感器进行温度检测，能够在满足温度检测的基本要求同时，减少温度检测延迟，避免导弹尾焰短时间的作用后温度传感器还未响应造成检测遗漏。
68.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。