一种高速导弹光学传输效应试验装置的制作方法

1.本实用新型提出一种高速导弹光学传输效应试验装置，属于飞行器地面模拟试验装置领域。


背景技术：

2.采用红外末制导技术的高速空空导弹、地空导弹等飞行器，在弹道末段一定高度抛罩后，以2～3马赫的速度在稠密大气层中飞行，处于头部的光学窗口，常采用硫化锌、氟化镁、尖晶石、蓝宝石等透红外玻璃材料制成，是受到气动加热载荷最严重的部位，较高的窗口温度及温度梯度会对光学成像探测系统的传输造成干扰，引起目标图像偏移、抖动、模糊等畸变，严重影响到目标识别，这种现象就称为气动光学效应。目前采用红外末制导技术的武器型号越来越多，在其研制过程中，均需要进行气动光学效应地面模拟试验研究，以检验窗口能否承受住热冲击的热力学性能以及导引头系统的各项光学传输性能指标，并近似获得真实飞行条件下的目标识别效果，从而为窗口组件的防热设计和导引头系统的光学设计及算法改进提供技术支撑。
3.电弧加热地面试验设备由于具有气体成分真实、参数调节范围广、可长时间加热等优点而成为气动加热模拟试验的首选设备，但一般是根据武器型号需要用于常规材料筛选、烧蚀性能研究。但目前电弧加热地面试验存在以下问题：
4.进行光学成像效果考核试验时，位于球冠型玻璃窗口内的探测器需要逆气流观测模拟目标，与喷管等试验设备会发生固壁干扰，即长期以来困扰该试验领域的驻点部位观测问题；
5.光学窗口一般由各种光学玻璃制成，具有热脆性，在电弧加热器点弧正式工作前/后，从加热器将不可避免地要流出等量冷空气，如果直接吹到窗口表面，会给窗口带来急热/急冷效应导致非正常碎裂的风险。
6.因此，针对现阶段型号部门提出的窗口系统综合考核试验需求，需要以电弧加热地面模拟试验设备为依托，开发热-力-光同时加载的联合试验技术，设计合理试验装置，解决试验面临的驻点逆气流观测固壁干扰、晶体材料急冷急热易碎裂等技术难题。


技术实现要素：

7.本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种高速导弹光学传输效应试验装置，解决试验面临的驻点逆气流观测固壁干扰、晶体材料急冷急热易碎裂等技术难题。
8.本实用新型的技术解决方案是：
9.一种高速导弹光学传输效应试验装置，包括电弧加热器、混合稳压室、喷管、遮挡保护装置、窗口组件、导引头、光缆、信号采集计算机、支架、模拟目标、送进机构；
10.混合稳压室位于电弧加热器和喷管之间，窗口组件通过支架安装固定在试验工位，所述试验工位位于喷管出口前方，导引头安装于窗口组件内；导引头通过光缆与信号采
集计算机连接；
11.喷管出口处一体设计有“l”型导引装置，遮挡保护装置安装在所述“l”型导引装置上，送进机构的驱动轴与所述遮挡保护装置连接；
12.模拟目标位于导引头与喷管固壁连线延长线上。
13.优选的，所述喷管的马赫数为2。
14.优选的，窗口组件头部镶嵌有一块球冠型光学玻璃窗口，喷管的出口直径与窗口组件头部的玻璃窗口直径相同。
15.优选的，导引头安装于窗口组件内并紧靠窗口组件头部的玻璃窗口。
16.优选的，导引头视场角可调。
17.优选的，导引头位于装置轴线上，并相对窗口组件偏转一定角度，使导引头对模拟目标的光学观测视线恰好能躲开喷管的固壁干涉。
18.优选的，电弧加热器、混合稳压室和喷管三者的水平轴线共线，即为装置轴线。
19.优选的，模拟目标的位置应满足：在模拟目标与导引头的连线能躲开喷管固壁的前提下，窗口组件相对于装置轴线偏转角度最小。
20.本实用新型的有益效果如下：
21.本实用新型紧密结合末制导光学窗口光学传输效应试验的热、力、光联合考核特殊需求，以电弧加热地面试验设备为依托，创新研制了新型试验装置，解决了驻点部位逆气流观测固壁干扰、窗口急冷/热易碎裂等技术难题，使得气动加热试验与光学效应研究能在地面试验中有机地结合在一起，具有较强的综合利用价值，目前已成功为多个地空导弹、空空导弹等型号提供服务，并为其中某些型号的飞行故障地面复现提供了试验数据，解决了多个型号的改进型光学探测系统的优化验证，填补了国内空白。
附图说明
22.图1为试验装置示意图。
具体实施方式
23.本实用新型由电弧加热器1、混合稳压室2、喷管3、遮挡保护装置4、窗口组件6、导引头7、光缆8、信号采集计算机9、支架10、模拟目标11、送进机构12组成，其连接顺序如图1所示。
24.混合稳压室2位于电弧加热器1和喷管3之间，窗口组件6通过支架10安装固定在试验工位，所述试验工位位于喷管3出口前方，导引头7安装于窗口组件6内；导引头7通过光缆8与信号采集计算机9连接。喷管3出口处一体设计有“l”型导引装置，遮挡保护装置4安装在所述“l”型导引装置上，送进机构12的驱动轴与所述遮挡保护装置4连接。喷管3一体设计的“l”型导引装置，对遮挡保护装置4限位的同时，又能使其顺利滑行模拟目标11位于导引头7与喷管3固壁连线延长线上。所述的喷管3最佳马赫数为2，其出口直径根据窗口组件6头部的玻璃窗口直径大小设计，设计准则是尺寸相当。所述的喷管3与窗口组件6之间，设计有遮挡保护装置4，由送进机构12控制，可以实现自动送进与退出。窗口组件6头部镶嵌有一块球冠型光学玻璃窗口，该窗口的材料、尺寸、连接与密封形式等根据型号设计需求确定。导引头7安装于窗口组件6内并紧靠玻璃窗口以实现更广角观察，并且视场角可调。在保证导引
头7位于装置轴线的条件下，对窗口组件6偏转一定角度，使对模拟目标11的光学观测视线恰好能躲开喷管3的固壁干涉。模拟目标11位于导引头7与喷管固壁连线延长线上，前后距离的确定以导引头7接收到的模拟目标11的光学图像最清晰。模拟目标11发出的光学信号透过激波5到达导引头7，获得的光学信号通过光缆8输送至信号采集计算机9。
25.通过电弧加热器1加热空气，使之成为高温气流。
26.通过混合稳压室2注入一定量的常温气流与高温气流掺混降温，达到所需模拟的来流温度。
27.通过喷管3使来流达到超声速气流，超声速气流在窗口组件6前形成一道脱体激波5，穿过激波5后的热气流持续对窗口组件6进行气动加热。
28.来自模拟目标11的光学信号经过激波前流场、激波、激波后流场、高温窗口到达导引头7，导引头7将获得的光学信号进行调制后，由光缆8传送至信号采集计算机9记录保存。
29.遮挡保护装置4由送进机构12控制，在点弧前以及断弧后均为送进状态以隔离冷气流，保证吹到窗口组件6上从始至终均为热气流。
30.本实用新型通过电弧加热器1加热空气至几千k，在混合稳压室2里注入一定量的冷空气与上游流入的热气流混合至所需模拟的气流温度，混合后的气流经过喷管3膨胀加速流出，在窗口组件前形成一道脱体激波5。模拟目标11的位置通过提前调试确定，确定的标准是：在模拟目标11与导引头7的连线能躲开喷管固壁的前提下，窗口组件6相对于装置轴线偏转角度最小。试验过程中，来自模拟目标11的光学信号依次经过激波前低密度流场、激波5、激波后高密度流场、热窗口到达导引头7，导引头7将获得的光学信号进行调制后，由光缆8传送至信号采集计算机9记录保存。
31.在电弧加热器1点弧前及断弧前，由送进机构12控制遮挡保护装置4，使其均为送进状态；待电弧加热器1启动且且流场稳定后，由送进机构12控制遮挡保护装置4使其退出流场，充分露出窗口组件6使之能经受到气动加热。
32.利用该试验装置对窗口进行光学效应传输试验，包括以下步骤：
33.(a)将模拟目标11置于适宜位置；
34.(b)确定窗口组件6的轴向位置，使其最前端距离遮挡保护装置4约5mm，
35.防止遮挡保护装置4作动过程中碰碎窗口组件6；
36.(c)整个光学系统加电，将导引头7视场角调至最大，以使窗口组件6偏转角最小，以便导引头7视线尽量穿过中心区，也有利于窗口受热分布均匀；
37.(d)在保持导引头7位于系统轴线的条件下，旋转窗口组件6至某初始角，使导引头7视线能观测到模拟目标11，然后逐渐缩小窗口组件6旋转角并同步跟踪调整模拟目标11位置，直至刚好能躲开喷管固壁为止，然后将窗口组件6及模拟目标11分别固定好；
38.启动信号采集计算机9，开始对模拟目标11的初始图像进行预采集；通过送进机构12将遮挡保护装置4送进至喷管3与窗口组件6之间；向电弧加热器1及混合稳压室2同步供应一定比例的常温气体直至流动达到稳定，这时的冷气流从遮挡保护装置4前四散流走；
39.启动电弧加热器1加热空气，热气流在混合稳压室2与定量注入的冷空气充分混合并稳压后由喷管3喷出；
40.待电弧加热器1启动后，由自动送进机构12将遮挡保护装置4拉出流场，此时热气流在窗口组件6前形成一道脱体激波5，穿过激波5后的热气流持续对窗口组件6进行热、力
联合加载。随着试验的进行，窗口温度不断上升并产生内外壁温差，将对穿过的光学信号产生模糊或畸变等影响；
41.试验过程中，来自模拟目标11的光学信号依次经过激波前低密度流场、激波5、激波后高密度流场、热窗口后进入导引头7视场，光程中的温度、密度由于发生剧烈变化将会引起光学畸变，畸变后的图像信号被导引头7收集处理后，由光缆8传送至信号采集计算机9记录保存；
42.到达预定试验时间后，由送进机构12将遮挡保护装置4送入流场，电弧加热器1关闭，停车后瞬间热气流转换为冷气流继续从喷管3喷出并从遮挡保护装置4前四散流走，杜绝了急冷导致的窗口非正常碎裂现象。
43.(l)当完全切断电弧加热器1的工作介质之后，可由送进机构12将遮挡保护装置4再次退出流场，获得静态高温窗口对光学信号的影响；
44.(m)停止信号采集，对采集结果进行分析处理，如果试验结果不理想，改进光学系统参数设置后再进行下一次试验，直至试验过程中能获得满意的模拟目标图像信号。从而获得导弹光学效应。
45.利用该套试验装置，成功对多个光学末制导特别是红外制导的型号进行了光学传输效应模拟试验。
46.本实用新型以电弧加热试验设备为依托，紧密结合光学传输热-力-光联合加载试验的特殊需求，对试验装置进行创新设计，解决了光学传输固壁干扰、光学窗口冷热交替保护等技术难题。
47.本实用新型未公开技术属本领域技术人员公知常识。

技术特征：
1.一种高速导弹光学传输效应试验装置，其特征在于：包括电弧加热器(1)、混合稳压室(2)、喷管(3)、遮挡保护装置(4)、窗口组件(6)、导引头(7)、光缆(8)、信号采集计算机(9)、支架(10)、模拟目标(11)、送进机构(12)；混合稳压室(2)位于电弧加热器(1)和喷管(3)之间，窗口组件(6)通过支架(10)安装固定在试验工位，所述试验工位位于喷管(3)出口前方，导引头(7)安装于窗口组件(6)内；导引头(7)通过光缆(8)与信号采集计算机(9)连接；喷管(3)出口处一体设计有“l”型导引装置，遮挡保护装置(4)安装在所述“l”型导引装置上，送进机构(12)的驱动轴与所述遮挡保护装置(4)连接；模拟目标(11)位于导引头(7)与喷管(3)固壁连线延长线上。2.根据权利要求1所述的一种高速导弹光学传输效应试验装置，其特征在于：所述喷管(3)的马赫数为2。3.根据权利要求1所述的一种高速导弹光学传输效应试验装置，其特征在于：窗口组件(6)头部镶嵌有一块球冠型光学玻璃窗口，喷管(3)的出口直径与窗口组件(6)头部的玻璃窗口直径相同。4.根据权利要求1所述的一种高速导弹光学传输效应试验装置，其特征在于：导引头(7)安装于窗口组件(6)内并紧靠窗口组件(6)头部的玻璃窗口。5.根据权利要求4所述的一种高速导弹光学传输效应试验装置，其特征在于：导引头(7)视场角可调。6.根据权利要求1所述的一种高速导弹光学传输效应试验装置，其特征在于：导引头(7)位于装置轴线上，并相对窗口组件(6)偏转一定角度，使导引头(7)对模拟目标(11)的光学观测视线恰好能躲开喷管(3)的固壁干涉。7.根据权利要求6所述的一种高速导弹光学传输效应试验装置，其特征在于：电弧加热器(1)、混合稳压室(2)和喷管(3)三者的水平轴线共线，即为装置轴线。8.根据权利要求1所述的一种高速导弹光学传输效应试验装置，其特征在于：模拟目标(11)的位置应满足：在模拟目标(11)与导引头(7)的连线能躲开喷管固壁的前提下，窗口组件(6)相对于装置轴线偏转角度最小。

技术总结
一种高速导弹光学传输效应试验装置，该装置的混合稳压室位于电弧加热器和喷管之间，窗口组件通过支架安装固定在试验工位，导引头安装于窗口组件内；导引头通过光缆与信号采集计算机连接；喷管出口处一体设计有“L”型导引装置，遮挡保护装置安装在所述“L”型导引装置上，送进机构的驱动轴与所述遮挡保护装置连接；模拟目标位于导引头与喷管固壁连线延长线上。本实用新型解决了光学传输固壁干扰、光学窗口冷热交替保护等技术难题。热交替保护等技术难题。热交替保护等技术难题。


技术研发人员：程梅莎 袁国伍 欧东斌 曾徽
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：2022.12.13
技术公布日：2023/8/13