一种考虑多波长光谱辐射的火箭发动机燃气温度测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及火箭发动机燃气温度的测试方法，属于温度测量技术领域，具体设及 一种考虑多波长光谱福射的火箭发动机燃气温度测试方法。
【背景技术】
[0002] 火箭发动机燃气温度在推进剂燃烧机理研究、发动机结构设计和发动机防烧蚀设 计方面具有重要的参考价值。燃气温度，一方面是火箭发动机推进剂的重要能量参数，为推 进剂配方调节提供设计指导；另一方面，是表征流场特征及火箭发动机内弹道性能的主要 参考依据；同时，燃气温度也是影响火箭发动机内绝热层烧蚀性能的重要参数，为发动机热 防护提供设计依据。但是，由于火箭发动机工作环境恶劣，且燃气温度非常高（通常大于 3000K)，燃气温度的测试是一项要求高、难度大的复杂技术，多年来一直没有真正解决。目 前，燃气温度测试方法基本上可W分为接触式测温法和非接触式测温法两大类。
[0003] 接触式测温法如热电偶法，其局限性在于测量温度范围十分有限，一般用于2500K W下的温度测量，应用到火箭发动机燃气温度测量时，热电偶无法测量高温燃气温度；其 次，热电偶测温响应慢，具有一定的滞后性，不适合火箭发动机燃气温度的动态快速响应。
[0004] 非接触测温方法中，适合火箭发动机燃气温度测试的方法并不多：
[0005] 西北工业大学的徐朝启等人在《固体推进剂燃烧温度的双波长测试方法》提出了 一种双波长法测试固体推进剂燃烧温度。选取两个波长区间，得到两个区间光谱福射量的 比值，拟合光谱福射量比值和温度的关系式，在实验测得光谱福射量的前提下，通过拟合关 系式计算推进剂燃烧温度。该种双波长测温方法仍有一定的缺陷；（1)双波长测温法只能 选取两个特定的波长区间，不能表征其他波段的光谱福射量与温度的关系；(2)该方法主 要测量推进剂凝相产物（主要是Al2〇3)的光谱福射量，忽略大量气相产物光谱福射量的影 响，只能适用于特定种类的推进剂；（3)该方法要求使用者预先测定其他推进剂的光谱福 射量和燃气温度，从而拟合出光谱福射量与温度的关系式，应用于未知推进剂燃烧温度的 测量，过程比较繁琐，无法进一步推广应用。
[0006] 哈尔滨工业大学的孙晓刚等人在《基于多光谱法的固体火箭发动机羽焰温度测 量》中，采用8波长高温光谱仪对中国某型号固体火箭发动机羽焰温度进行测量。该种方法 的不足是；（1)光谱仪只能采集8个波长的光谱福射强度数据，数据较少，容易受到非测量 对象福射光谱的干扰；（2)该方法需要预先假设被测对象的发射率模型，当被测目标实际 的发射率模型与假定情形不相符时，误差很大。
【发明内容】
[0007] 为解决上述问题，本发明提供了一种考虑多波长光谱福射的火箭发动机燃气温度 测试方法，基于普朗克定律，W波长、温度和光谱福射强度的关系作为数据处理依据，采集 200nm-2000nm范围内光谱波长和对应的光谱福射强度，建立波长和光谱福射强度的数学模 型，根据建立的数学模型计算火箭发动机燃气温度。
[000引考虑多波长光谱福射的火箭发动机燃气温度测试方法基本原理如下：
[0009] 对于黑体，普朗克定律表达式如下：
[0010]
【主权项】
1. 一种考虑多波长光谱辐射的火箭发动机燃气温度测试方法，其特征在于，包括如下 步骤： 51、 构建普朗克曲线数据库：根据普朗克定律，采用编程的方式，在200nm-2000nm的波 长范围内，预先计算获得1000K-5000K范围内每一个温度点下波长与对应光谱辐射强度的 普朗克曲线； 52、 多波长光谱仪的标定：考虑到光谱强度在数据采集、处理过程中的损失，在 1000K-3000K温度范围内，采用黑体炉对多波长光谱仪进行标定，获得光谱辐射强度的损失 函数，3000K以上，损失函数采用外推法处理，进而得到普朗克定律修正关系式； 53、 在200nm-2000nm的波长范围内，采集火箭发动机燃气辐射光谱中多个波长和相应 的光谱辐射强度数据； 54、 根据标定的损失函数，计算获取光谱辐射强度的补偿值； 55、 根据燃气辐射光谱波长和对应的辐射强度补偿值，拟合实测光谱辐射强度公式，得 到燃气辐射光谱波长与对应光谱辐射强度的实测关系曲线； 56、 基于最小二乘原理，将光谱波长与对应光谱辐射强度的实测关系曲线与不同温度 下的普朗克曲线进行匹配，当曲线的吻合程度最高时，即认为实测温度为普朗克曲线所表 征的温度。
【专利摘要】本发明公开了一种考虑多波长光谱辐射的火箭发动机燃气温度测试方法，本发明基于普朗克定律，通过采集燃气辐射光谱波长与对应的光谱辐射强度数据，将燃气光谱波长和光谱强度的实测关系曲线与不同温度下的普朗克曲线进行匹配，根据匹配程度，确定火箭发动机燃气实际温度；本发明所能测试温度最高可达5000K，远远超过热电偶的测温范围，更适应于火箭发动机燃气高温测量；本发明能够采集多达数百个波长及所对应的光谱辐射强度数据，提高了波长和光谱辐射强度数据拟合的精度，具有较强的抗干扰能力。相比于双波长测温法和8波长光谱仪测温，能更准确计算燃气温度，适用性更强。
【IPC分类】G01K11-30
【公开号】CN104864977
【申请号】CN201410820718
【发明人】胡松启, 陈雨, 武冠杰, 刘欢, 马仕才
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2014年12月17日