喷管羽流温度场测量系统的研制

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。

目录

喷管羽流温度场测量系统的研制

Dissertation for the Degree of Master in Engineering

摘要

Abstract

目 录

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

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致谢