結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)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(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)沒有可重復(fù)性的特點(diǎn)，開發(fā)了模式切換控制技術(shù)，在正式試驗(yàn)中出現(xiàn)傳感器失效等故障時(shí)啟用模式切換技術(shù)，可以有效避免試驗(yàn)的意外中止。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)；熱流控制；模式切換

中圖分類號(hào)：V216 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(huán)境下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)帶走熱量的材料。燒蝕材料燒蝕后有些會(huì)變得膨脹松軟，有些則會(huì)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(yàn)，其中最大的難點(diǎn)在于：受熱后的著火冒煙對傳感器干擾；其次，試驗(yàn)沒有重復(fù)性，一旦開始，不可中止；試驗(yàn)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(yàn)的特點(diǎn)，需要開發(fā)新的控制方法，確保試驗(yàn)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(dòng)切換。其原理示意圖如圖1所示。

因?yàn)橐龅綗o擾動(dòng)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(jì)算得出的，通過一定運(yùn)行時(shí)間轉(zhuǎn)換至實(shí)際要求命令，其計(jì)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(yīng)通道傳感器滿量程；

P-對應(yīng)通道的比例參數(shù)；

Feedback -對應(yīng)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(tǒng)可識(shí)別、受認(rèn)可的范圍內(nèi)，如果跳動(dòng)過大則會(huì)造成系統(tǒng)報(bào)警，試驗(yàn)會(huì)異常中止。因此根據(jù)式（1）可知被切換的通道的兩組參數(shù)中P參數(shù)均不可為零。

模式切換方法主要應(yīng)用于試驗(yàn)應(yīng)急預(yù)案中，特別是燒蝕材料試驗(yàn)中，將正式試驗(yàn)前在同試驗(yàn)件相同材料的小塊樣板上標(biāo)定出來的數(shù)據(jù)編入正式試驗(yàn)程序中作為備用，在出現(xiàn)傳感器失效等故障時(shí)啟用模式切換技術(shù)，這樣可以有效避免試驗(yàn)中止。常用模式切換程序如表1所示。

3 模式切換應(yīng)用實(shí)例

在某型飛行器儀器艙結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)中，艙段含有燒蝕材料在試驗(yàn)中會(huì)產(chǎn)生煙火，對熱流傳感器造成強(qiáng)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(huán)境也很惡劣，極易出現(xiàn)傳感器失效的情況。為了降低此類含燒蝕材料結(jié)構(gòu)件的熱強(qiáng)度試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，采用了當(dāng)熱流傳感器受到強(qiáng)干擾或者失效時(shí)切換為試驗(yàn)前標(biāo)定的加載功率電壓的方法，有效的確保了試驗(yàn)的順利完成。試驗(yàn)現(xiàn)場如圖2所示。

參考文獻(xiàn)：

[1]×××結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)報(bào)告[R].

[2]MTS FlexTest200 控制系統(tǒng)操作手冊[Z].