喷管羽流温度场测量系统的研制

论文摘要

对于最常用的火箭推进系统来说,推进剂的火焰温度、流场、速度场是表征火箭发动机燃烧状态的重要参数,它直接影响着武器发射平台的设计指标和达到这些指标的途径。在各种导弹武器的矢量控制技术中需要考虑火箭喷管羽焰的温度。根据河西化工机械公司41所要求,哈尔滨工业大学自动检测与过程系统研究所（D&CS）承担了“喷管羽流（温度）测量设备”的研制工作。开展固体火箭发动机喷管羽焰的温度参数测量技术研究,对促进火箭隐身技术发展,提高我国武器设计水平具有重要的现实意义。固体火箭发动机喷管羽流具有流速快,温度高,持续时间短等特点,本文采用多光谱辐射测温法来实现固体火箭喷管羽流的温度测量,该方法不需要辅助手段就可能获得目标的发射率和真温,具有其他发射率补偿技术无可比拟的优点。本课题的主要工作有硬件、软件系统的设计和调试,高温计的标定和现场的测试验收。硬件系统分为光路和电路两部分:被测目标发出的热辐射由光学瞄准头取样后,通过光纤将辐射能传到棱镜分光系统,分光后再由光电探测器转换成电信号;电信号经前置放大,采样保持,由数据采集卡NI PCI-6225采集到工控机内存储和进行数据处理。软件系统采用LabVIEW图形化编程工具,其特点是简单易学,开发速度快。设备的标定包括波长函数（PWF）标定和亮温标定。本系统区别于以往同类设备的不同之处有:使用六台独立的高温计,可以测量空间位置上任意六个目标点;光路采用近轴设计,棱镜分光,能量损耗小,且各光路之间相互独立,不存在混叠现象;数据采集系统采用高精度,高分辨率的NI PCI-6225数据采集卡,集成有16位ADC,工作稳定,抗干扰能力强,使得数据采集在速度和精度上都得到大大提高;应用LabVIEW软件编程,使得硬件驱动更加完善,数据处理功能更加强大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 羽焰温度测量方法的发展状况
• 1.2.1 接触法
• 1.2.2 非接触测温法
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 辐射测温理论研究
• 2.1 辐射测温学三大基本定律
• 2.1.1 普朗克定律
• 2.1.2 维恩位移定律
• 2.1.3 斯蒂芬-玻尔兹曼定律
• 2.2 多光谱辐射测温数学模型的建立
• 2.2.1 基于检定常数的数学模型
• 2.2.2 基于亮度温度的数学模型
• 2.2.3 基于参考温度的数学模型
• 2.3 辐射测温算法
• 2.3.1 单色光谱温度
• 2.3.2 比色温度
• 2.3.3 多光谱法求温度
• 2.4 本章小结
• 第3章 测量设备的研制
• 3.1 硬件系统
• 3.1.1 系统的总体设计
• 3.1.2 光学系统
• 3.1.3 探测器的选择
• 3.1.4 前置放大和采样保持电路
• 3.1.5 数据采集卡
• 3.1.6 存储介质的选择
• 3.1.7 全过程数据采集技术
• 3.2 软件系统
• 3.2.1 软件开发平台
• 3.2.2 软件设计
• 3.3 标定
• 3.3.1 仪器的标定
• 3.3.2 波长函数（PWF）标定
• 3.3.3 高温黑体炉亮温方程标定
• 3.4 本章小结
• 第4章 实验和不确定度分析
• 4.1 卤素灯测量实验
• 4.2 药盒模拟实验
• 4.3 不确定度分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 1 亮温标定数据
• 附录 2 亮温拟合参数
• 附录 3 测量设备主体外观图
• 致谢