飞行器结构热试验中极值控制方法的应用

苏力德

摘  要：在飛行器结构热试验过程中，可能会出现个别温区的超温现象，试验件的热不均匀性带来的超温现象可能会对试验件产生过严考核的情况。文章主要介绍在飞行器结构热试验过程中为避免试验件出现超温现象而采用的极值控制方法。

关键词：结构热试验;超温现象;试验温区;极值控制

中图分类号：V214         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）05-0109-02

前言

在设计飞行器结构热试验时会根据试验件外形和单一温区最佳加热面积，将整个试验件划分成多个温区分别按照时序进行加热，而各个温区的目标加热温度不尽相同。当结构热试验温区较多时，由于相邻温区以及内外加热器之间的相互影响，可能会出现个别温区的超温现象，而试验件的热不均匀性带来的超温现象可能会对试验件产生过严考核的情况，严重的情况下可能会对试验件造成损害。

1 超温现象解决方案

针对试验件结构复杂，在同一热环境下不同位置的温度点热响应速度不同的问题，为防止部分测温点超温，采用极值控制方法应用虚拟计算，寻找温区内的最大值作为控点，保证所有测量点无超温现象。在每个温区布置热电偶时，除在温区中心布置控点之外，在温区其他可能出现温度偏高的点布置多个备份控点。在MTS FlexTest 200型控制系统AeroPro软件中编制试验控制程序时，在温区的控制通道中新增加一个虚拟通道（Virtual Input），将该虚拟通道属性改为计算通道（Calculated Channel），然后在此计算通道中编写极值控制比较程序，在试验进行过程中该程序会自动将控点及备份控点的值进行比较，选取其中温度最高的点当做该温区的控点温度来进行温度控制。采用上述方法就可以将单点的控制变为多点的包络控制，以此来防止每个温区的超温现象出现。

极值控制方法多用于规模大、试验件结构复杂的结构热试验当中，因为规模大、试验件结构复杂的结构热试验在设计试验时会把试验件分成多个温区来分别进行加热，划分越细、试验模拟精度越高。采用极值控制方法的试验控制程序的通道配置与普通热试验有所不同。普通结构热试验规模小、温区划分少，相对应的温区之间相互干扰较少，因此很少出现超温现象及对结构考核过严的情况，在进行试验控制程序的通道配置时只需一个控点作为输入（不粘贴备份控点），相对应地再配置一个输出即可。普通结构热试验的通道配置如图1所示。

采用极值控制方法的试验控制程序在进行通道配置时除要添加控点的输入之外还需要添加备份控点的输入，此外还要添加一个虚拟通道，在此虚拟通道中进行极值控制程序的编写，采用极值控制方法结构热试验的通道配置如图2所示。

极值控制方法使用虚拟通道，一般用冒泡法编程进行控制，其控制程序如表1所示，在某飞行器结构热试验中极值控制程序配置如图3所示。

2 应用实例

以某飞行器结构热试验当中的一个温区为例，该温区位于XXX舱尾喷管收敛扩张段，为本次试验温度最高的温区，为避免发生超温现象，在该温区可能出现较高温度的位置布置了4个温度控点，选取其中温度最高的控点对该温区的温度进行控制，该温区在试验过程中的温度反馈时间曲线如图4所示。由图4可以看出，该温区采用极值控制方法后，整个试验过程中未出现超温现象。

该极值控制方法可以推广到极小值控制、平均值控制等等，只需改编控制程序即可。极值控制方法也可用于力载荷试验、冲压试验等等，仅仅是控制通道的配置有所变化而已。

参考文献：

[1]×××结构热试验报告[R].

[2]MTS FlexTest200.控制系统操作手册[Z].

[3]张钰，张伯良.结构热试验技术[M].北京：宇航出版社，1993.