石英灯辐射加热控制系统
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1.1 气动加热模拟试验
气动加热是弹（箭）飞行中结构受热环境影响较为恶劣的一种，气动加热使结构壁面温度迅速 升高，由于温度不均匀和形变受到约束，在飞行器结构中产生热应力和热形变，加上复杂力学环境， 成为飞行器结构设计中的典型设计工况。
气动加热是空气与飞行器表面相对运动所发生的强迫对流换热。以传导或辐射加热为手段的 地面模拟试验，虽然从换热机理上讲有本质区别，但是从研究结构特性的试验目的出发，可通过真 实地模拟结构表面吸收的热能，建立起两者之间的等效关系。以能量交换过程作为模拟对象，并保 证表面在每一瞬间吸收的热能与飞行中的情况一致，这就是气动加热模拟试验所依据的模拟机理。
石英灯辐射加热器
反射器
试件
直流电源柜
热电 偶测 温线
试件 背面 温度 信号
热面温度 反馈信号
D/A转换
工控计算机
A/D转换
预设值 输入设备
显示、打印 输出设备
图 1.1 石英灯辐射加热控制系统结构图 整个石英灯辐射加热控制系统分加热、测量和控制三个部分，基本加热手段采用石英灯管和反 射板组成加热器。在对试件辐射加热的同时，分布温度测量元件（热电偶），以计算机为中心建立 瞬态控制系统。 石英灯辐射加热控制系统的工作原理是，控制计算机按照给定升温曲线进行先进控制算法的 运算以控制石英灯辐射加热器两端的电压大小，使实时加热温度能迅速准确的跟踪给定值。 整个石英灯辐射加热控制系统在使用过程中接线方便、操作简单、软件使用交互性强、可靠性 高，极大方便了试验人员的操作。
3、石英灯辐射加热控制系统软件..................................................................................................... 6 3.1 控制软件概述......................................................................................................................... 6 3.2 控制软件主界面.................................................................................................................... 6 3.3 控制软件主界面介绍............................................................................................................ 7 3.4 控制软件各功能模块的介绍................................................................................................. 8 3.4.1 菜单区......................................................................................................................... 8 3.4.2 工具按钮区............................................................................................................... 10 3.4.3 绘图区........................................................................................................................ 12 3.4.4 实时数据显示区....................................................................................................... 12 3.4.5 图形、数据操作区................................................................................................... 12 3.4.6 数据记录表格区....................................................................................................... 15 3.5 预设数据快速设定示例....................................................................................................... 15 3.6 控制软件运行...................................................................................................................... 17
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石英灯辐射加热控制系统
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2.2 石英灯辐射加热控制系统中的硬件设备
石英灯辐射加热控制系统的硬件设备包括动力配电柜、直流电源柜、水冷循环机、控制柜、加 热工装、热电偶接线装置、控制用工控机、显示器、控制箱。
各设备的主要参数如下： 动力配电柜
输入：AC 三相五线，380V，630A；输出：AC 三相五线，380V，400A； 照片如图 2.2.1 所示。 直流电源柜 输入：AC 三相五线，380V，400A；输出：DC380V，450A； 照片如图 2.2.2 所示。 水冷循环机 制冷量：12.8*10³kcal/h；流量：2.5m³/h；照片如图 2.2.3 所示。 控制柜 数据采集通道：16 路；控制输出通道：1 路；通信方式：RS485； 照片如图 2.2.4 所示。 加热工装 最多可以安装 40 支石英加热管，上下排各 20 支。 照片如图 2.2.5 所示。 热电偶接线装置 最多可接 16 通道的温度采集信号。照片如图 2.2.4 所示。 控制箱 控制箱上有电源开关：带锁带灯；急停开关：带锁； 照片如图 2.2.6 所示。 控制用工控机 主要配置： CPU：I5；内存：8G 硬盘：1T；操作系统：Windows7； 照片如图 2.2.6 所示。 显示器 尺寸：23.5 英寸三星曲面屏； 照片如图 2.2.6 所示。 石英灯辐射加热控制系统部分设备的布局图如图 2.2.7 所示。
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图 2.2.1 动力配电柜 图 2.2.2 直流电源柜
图 2.2.3 水冷循环机
图 2.2.4 控制柜与热电偶接线装置
图 2.2.5 加热工装
图 2.2.6 控制箱、工控机、显示器
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ห้องสมุดไป่ตู้
石英灯辐射加热控制系统
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图 2.2.7 石英灯辐射加热控制系统部分设备布局图
3、石英灯辐射加热控制系统软件
1) 尺寸小、功率大。单支灯功率可达 1~3KW，电压升高一倍，功率增加三倍，而且瞬时超载 能力强。
2) 加热迅速，温度高，寿命长。 3) 升温速率可调，热惯性小，便于瞬时控制。 4) 结构紧凑，使用安全。 由于以上的特点，石英灯辐射加热被广泛应用于模拟各种材料在运行时的热环境。由石英灯组 成的辐射加热器在加热过程中的热特性和动态性能是评价气动加热模拟试验研究的重点。
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1、 引言
气动加热模拟试验技术是为了解决飞行器飞行过程中内、外部复杂热环境和力环境产生的问 题而发展起来的一种地面模拟试验技术。其主要内容是观察和研究飞行器结构的温度分布及应力 状态、承载稳定性等。飞行器结构设计的正确性和合理性最终要通过飞行试验加以验证，但是由于 飞行试验次数和能获得的信息量有限，更加突出了采用地面模拟气动加热试验技术的作用和地位。
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石英灯辐射加热控制系统
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2、 石英灯辐射加热控制系统硬件
2.1 概述
由北京理工大学联合北京中京皖创科技有限公司共同研制开发的石英灯辐射加热控制系统已 经越来越多地应用于航天、航空领域内的有关特种材料及新型隔绝热材料、阻燃材料研究的热试验 考核评价试验中。整个石英灯辐射加热控制系统分硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统包括动 力配电柜、直流电源柜、水冷循环机、控制柜、加热工装、热电偶接线装置、控制用工控机、显示 器、远程控制箱等组成，软件系统包括实时加热温度的采集、显示及数据处理模块，先进控制算法 的运算模块，人机交互模块组成。石英灯辐射加热控制系统的结构图如图 1.1 所示。
1.2 气动加热模拟试验分类
气动加热模拟试验按加热方式分类： 1）对流加热：用热介质与试件之间作相对运动实现加热。如风洞试验就属此类。 2）非对流加热：为了区别于对流加热而泛指的加热方式。辐射加热是被广泛采用的方式之一。
1.3 石英灯辐射加热器
气动加热模拟试验中，石英灯辐射加热的方法采用较多。石英灯是采用螺旋型钨丝作辐射体， 密封在透明石英玻璃灯管中。由石英灯组成的加热器具有以下特点：
2、 石英灯辐射加热控制系统硬件.................................................................................................. 3 2.1 概述........................................................................................................................................ 3 2.2 石英灯辐射加热控制系统中的硬件设备............................................................................. 4
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石英灯辐射加热控制系统
石英灯辐射加热控制系统
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北京中京皖创科技有限公司 北京理工大学 2019 年 11 月
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目录
1、 引言.............................................................................................................................................. 2 1.1 气动加热模拟试验................................................................................................................ 2 1.2 气动加热模拟试验分类........................................................................................................ 2 1.3 石英灯辐射加热器................................................................................................................ 2
3.1 控制软件概述
在 Windows7 旗舰版及以上版本的操作系统下，在 VisualStudio2013 集成开发环境中，编写了 石英灯辐射加热控制系统专用控制软件，具有石英灯辐射加热的实时控制、实时采样、实时记录的 功能，集成了针对大滞后温度控制系统的先进温度控制算法，具有温度控制精度高的优点，具有操 作界面友好，操作简便直观，安全可靠系数高的特点。
气动加热是弹（箭）飞行中结构受热环境影响较为恶劣的一种，气动加热使结构壁面温度迅速 升高，由于温度不均匀和形变受到约束，在飞行器结构中产生热应力和热形变，加上复杂力学环境， 成为飞行器结构设计中的典型设计工况。
气动加热是空气与飞行器表面相对运动所发生的强迫对流换热。以传导或辐射加热为手段的 地面模拟试验，虽然从换热机理上讲有本质区别，但是从研究结构特性的试验目的出发，可通过真 实地模拟结构表面吸收的热能，建立起两者之间的等效关系。以能量交换过程作为模拟对象，并保 证表面在每一瞬间吸收的热能与飞行中的情况一致，这就是气动加热模拟试验所依据的模拟机理。
石英灯辐射加热器
反射器
试件
直流电源柜
热电 偶测 温线
试件 背面 温度 信号
热面温度 反馈信号
D/A转换
工控计算机
A/D转换
预设值 输入设备
显示、打印 输出设备
图 1.1 石英灯辐射加热控制系统结构图 整个石英灯辐射加热控制系统分加热、测量和控制三个部分，基本加热手段采用石英灯管和反 射板组成加热器。在对试件辐射加热的同时，分布温度测量元件（热电偶），以计算机为中心建立 瞬态控制系统。 石英灯辐射加热控制系统的工作原理是，控制计算机按照给定升温曲线进行先进控制算法的 运算以控制石英灯辐射加热器两端的电压大小，使实时加热温度能迅速准确的跟踪给定值。 整个石英灯辐射加热控制系统在使用过程中接线方便、操作简单、软件使用交互性强、可靠性 高，极大方便了试验人员的操作。
3、石英灯辐射加热控制系统软件..................................................................................................... 6 3.1 控制软件概述......................................................................................................................... 6 3.2 控制软件主界面.................................................................................................................... 6 3.3 控制软件主界面介绍............................................................................................................ 7 3.4 控制软件各功能模块的介绍................................................................................................. 8 3.4.1 菜单区......................................................................................................................... 8 3.4.2 工具按钮区............................................................................................................... 10 3.4.3 绘图区........................................................................................................................ 12 3.4.4 实时数据显示区....................................................................................................... 12 3.4.5 图形、数据操作区................................................................................................... 12 3.4.6 数据记录表格区....................................................................................................... 15 3.5 预设数据快速设定示例....................................................................................................... 15 3.6 控制软件运行...................................................................................................................... 17
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2.2 石英灯辐射加热控制系统中的硬件设备
石英灯辐射加热控制系统的硬件设备包括动力配电柜、直流电源柜、水冷循环机、控制柜、加 热工装、热电偶接线装置、控制用工控机、显示器、控制箱。
各设备的主要参数如下： 动力配电柜
输入：AC 三相五线，380V，630A；输出：AC 三相五线，380V，400A； 照片如图 2.2.1 所示。 直流电源柜 输入：AC 三相五线，380V，400A；输出：DC380V，450A； 照片如图 2.2.2 所示。 水冷循环机 制冷量：12.8*10³kcal/h；流量：2.5m³/h；照片如图 2.2.3 所示。 控制柜 数据采集通道：16 路；控制输出通道：1 路；通信方式：RS485； 照片如图 2.2.4 所示。 加热工装 最多可以安装 40 支石英加热管，上下排各 20 支。 照片如图 2.2.5 所示。 热电偶接线装置 最多可接 16 通道的温度采集信号。照片如图 2.2.4 所示。 控制箱 控制箱上有电源开关：带锁带灯；急停开关：带锁； 照片如图 2.2.6 所示。 控制用工控机 主要配置： CPU：I5；内存：8G 硬盘：1T；操作系统：Windows7； 照片如图 2.2.6 所示。 显示器 尺寸：23.5 英寸三星曲面屏； 照片如图 2.2.6 所示。 石英灯辐射加热控制系统部分设备的布局图如图 2.2.7 所示。
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图 2.2.1 动力配电柜 图 2.2.2 直流电源柜
图 2.2.3 水冷循环机
图 2.2.4 控制柜与热电偶接线装置
图 2.2.5 加热工装
图 2.2.6 控制箱、工控机、显示器
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图 2.2.7 石英灯辐射加热控制系统部分设备布局图
3、石英灯辐射加热控制系统软件
1) 尺寸小、功率大。单支灯功率可达 1~3KW，电压升高一倍，功率增加三倍，而且瞬时超载 能力强。
2) 加热迅速，温度高，寿命长。 3) 升温速率可调，热惯性小，便于瞬时控制。 4) 结构紧凑，使用安全。 由于以上的特点，石英灯辐射加热被广泛应用于模拟各种材料在运行时的热环境。由石英灯组 成的辐射加热器在加热过程中的热特性和动态性能是评价气动加热模拟试验研究的重点。
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1、 引言
气动加热模拟试验技术是为了解决飞行器飞行过程中内、外部复杂热环境和力环境产生的问 题而发展起来的一种地面模拟试验技术。其主要内容是观察和研究飞行器结构的温度分布及应力 状态、承载稳定性等。飞行器结构设计的正确性和合理性最终要通过飞行试验加以验证，但是由于 飞行试验次数和能获得的信息量有限，更加突出了采用地面模拟气动加热试验技术的作用和地位。
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2、 石英灯辐射加热控制系统硬件
2.1 概述
由北京理工大学联合北京中京皖创科技有限公司共同研制开发的石英灯辐射加热控制系统已 经越来越多地应用于航天、航空领域内的有关特种材料及新型隔绝热材料、阻燃材料研究的热试验 考核评价试验中。整个石英灯辐射加热控制系统分硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统包括动 力配电柜、直流电源柜、水冷循环机、控制柜、加热工装、热电偶接线装置、控制用工控机、显示 器、远程控制箱等组成，软件系统包括实时加热温度的采集、显示及数据处理模块，先进控制算法 的运算模块，人机交互模块组成。石英灯辐射加热控制系统的结构图如图 1.1 所示。
1.2 气动加热模拟试验分类
气动加热模拟试验按加热方式分类： 1）对流加热：用热介质与试件之间作相对运动实现加热。如风洞试验就属此类。 2）非对流加热：为了区别于对流加热而泛指的加热方式。辐射加热是被广泛采用的方式之一。
1.3 石英灯辐射加热器
气动加热模拟试验中，石英灯辐射加热的方法采用较多。石英灯是采用螺旋型钨丝作辐射体， 密封在透明石英玻璃灯管中。由石英灯组成的加热器具有以下特点：
2、 石英灯辐射加热控制系统硬件.................................................................................................. 3 2.1 概述........................................................................................................................................ 3 2.2 石英灯辐射加热控制系统中的硬件设备............................................................................. 4
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北京中京皖创科技有限公司 北京理工大学 2019 年 11 月
石英灯辐射加热控制系统
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目录
1、 引言.............................................................................................................................................. 2 1.1 气动加热模拟试验................................................................................................................ 2 1.2 气动加热模拟试验分类........................................................................................................ 2 1.3 石英灯辐射加热器................................................................................................................ 2
3.1 控制软件概述
在 Windows7 旗舰版及以上版本的操作系统下，在 VisualStudio2013 集成开发环境中，编写了 石英灯辐射加热控制系统专用控制软件，具有石英灯辐射加热的实时控制、实时采样、实时记录的 功能，集成了针对大滞后温度控制系统的先进温度控制算法，具有温度控制精度高的优点，具有操 作界面友好，操作简便直观，安全可靠系数高的特点。