結構熱試驗中模式切換控制方法介紹

蘇力德

摘 要：高超聲速飛行器制造采用大量的新型材料，其中燒蝕材料的使用比例較高。針對具有燒蝕材料的結構熱試驗沒有可重復性的特點，開發了模式切換控制技術，在正式試驗中出現傳感器失效等故障時啟用模式切換技術，可以有效避免試驗的意外中止。

關鍵詞：結構熱試驗；熱流控制；模式切換

中圖分類號：V216 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）21-0120-02

Abstract： A large number of new materials are used in the manufacture of hypersonic vehicles， among which the proportion of ablation materials is high. In view of the fact that the thermal test of the structure with ablation material is not repeatable， the mode switching control technology is developed. When the sensor failure occurs in the formal test， the mode switching technology can be enabled to effectively avoid the accidental suspension of the test.

Keywords： structural thermal test； heat flow control； mode switching

1 概述

燒蝕材料是一種在受熱環境下會發生化學反應帶走熱量的材料。燒蝕材料燒蝕后有些會變得膨脹松軟，有些則會碳化龜裂，因此其表面無法粘貼熱電偶，所以只能采取控制熱流密度的方法控制加載熱量。對含有燒蝕材料的試驗，其中最大的難點在于：受熱后的著火冒煙對傳感器干擾；其次，試驗沒有重復性，一旦開始，不可中止；試驗中熱流傳感器布置在熱場之中受高溫、火焰的灼燒，條件惡劣非常容易失效。因此針對燒蝕材料的試驗的特點，需要開發新的控制方法，確保試驗的順利完成。

2 模式切換控制

模式切換是指一種控制模式與另一種控制模式之間的無擾動切換。其原理示意圖如圖1所示。

因為要做到無擾動切換，即輸出在切換瞬間保持不變，因此在切換過程中新的切換模式的切換命令是計算得出的，通過一定運行時間轉換至實際要求命令，其計算方法如式（1）所示：

Command=Cout×■+Feedback（1）

式中：Command-新生成的命令值；

Cout-控制器輸出值；

FS-對應通道傳感器滿量程；

P-對應通道的比例參數；

Feedback -對應通道的反饋值。

模式切換后新生成的命令必須處于控制系統可識別、受認可的范圍內，如果跳動過大則會造成系統報警，試驗會異常中止。因此根據式（1）可知被切換的通道的兩組參數中P參數均不可為零。

模式切換方法主要應用于試驗應急預案中，特別是燒蝕材料試驗中，將正式試驗前在同試驗件相同材料的小塊樣板上標定出來的數據編入正式試驗程序中作為備用，在出現傳感器失效等故障時啟用模式切換技術，這樣可以有效避免試驗中止。常用模式切換程序如表1所示。

3 模式切換應用實例

在某型飛行器儀器艙結構熱試驗中，艙段含有燒蝕材料在試驗中會產生煙火，對熱流傳感器造成強烈的干擾，且由于熱流傳感器布置在熱場之中，因此傳感器的工作環境也很惡劣，極易出現傳感器失效的情況。為了降低此類含燒蝕材料結構件的熱強度試驗的風險，采用了當熱流傳感器受到強干擾或者失效時切換為試驗前標定的加載功率電壓的方法，有效的確保了試驗的順利完成。試驗現場如圖2所示。

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].