飛行器結構熱試驗中極值控制方法的應用

蘇力德

摘? 要：在飛行器結構熱試驗過程中，可能會出現個別溫區的超溫現象，試驗件的熱不均勻性帶來的超溫現象可能會對試驗件產生過嚴考核的情況。文章主要介紹在飛行器結構熱試驗過程中為避免試驗件出現超溫現象而采用的極值控制方法。

關鍵詞：結構熱試驗;超溫現象;試驗溫區;極值控制

中圖分類號：V214? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）05-0109-02

前言

在設計飛行器結構熱試驗時會根據試驗件外形和單一溫區最佳加熱面積，將整個試驗件劃分成多個溫區分別按照時序進行加熱，而各個溫區的目標加熱溫度不盡相同。當結構熱試驗溫區較多時，由于相鄰溫區以及內外加熱器之間的相互影響，可能會出現個別溫區的超溫現象，而試驗件的熱不均勻性帶來的超溫現象可能會對試驗件產生過嚴考核的情況，嚴重的情況下可能會對試驗件造成損害。

1 超溫現象解決方案

針對試驗件結構復雜，在同一熱環境下不同位置的溫度點熱響應速度不同的問題，為防止部分測溫點超溫，采用極值控制方法應用虛擬計算，尋找溫區內的最大值作為控點，保證所有測量點無超溫現象。在每個溫區布置熱電偶時，除在溫區中心布置控點之外，在溫區其他可能出現溫度偏高的點布置多個備份控點。在MTS FlexTest 200型控制系統AeroPro軟件中編制試驗控制程序時，在溫區的控制通道中新增加一個虛擬通道（Virtual Input），將該虛擬通道屬性改為計算通道（Calculated Channel），然后在此計算通道中編寫極值控制比較程序，在試驗進行過程中該程序會自動將控點及備份控點的值進行比較，選取其中溫度最高的點當做該溫區的控點溫度來進行溫度控制。采用上述方法就可以將單點的控制變為多點的包絡控制，以此來防止每個溫區的超溫現象出現。

極值控制方法多用于規模大、試驗件結構復雜的結構熱試驗當中，因為規模大、試驗件結構復雜的結構熱試驗在設計試驗時會把試驗件分成多個溫區來分別進行加熱，劃分越細、試驗模擬精度越高。采用極值控制方法的試驗控制程序的通道配置與普通熱試驗有所不同。普通結構熱試驗規模小、溫區劃分少，相對應的溫區之間相互干擾較少，因此很少出現超溫現象及對結構考核過嚴的情況，在進行試驗控制程序的通道配置時只需一個控點作為輸入（不粘貼備份控點），相對應地再配置一個輸出即可。普通結構熱試驗的通道配置如圖1所示。

采用極值控制方法的試驗控制程序在進行通道配置時除要添加控點的輸入之外還需要添加備份控點的輸入，此外還要添加一個虛擬通道，在此虛擬通道中進行極值控制程序的編寫，采用極值控制方法結構熱試驗的通道配置如圖2所示。

極值控制方法使用虛擬通道，一般用冒泡法編程進行控制，其控制程序如表1所示，在某飛行器結構熱試驗中極值控制程序配置如圖3所示。

2 應用實例

以某飛行器結構熱試驗當中的一個溫區為例，該溫區位于XXX艙尾噴管收斂擴張段，為本次試驗溫度最高的溫區，為避免發生超溫現象，在該溫區可能出現較高溫度的位置布置了4個溫度控點，選取其中溫度最高的控點對該溫區的溫度進行控制，該溫區在試驗過程中的溫度反饋時間曲線如圖4所示。由圖4可以看出，該溫區采用極值控制方法后，整個試驗過程中未出現超溫現象。

該極值控制方法可以推廣到極小值控制、平均值控制等等，只需改編控制程序即可。極值控制方法也可用于力載荷試驗、沖壓試驗等等，僅僅是控制通道的配置有所變化而已。

參考文獻：

[1]×××結構熱試驗報告[R].

[2]MTS FlexTest200.控制系統操作手冊[Z].

[3]張鈺，張伯良.結構熱試驗技術[M].北京：宇航出版社，1993.