本發(fā)明涉及輻射模擬，特別涉及一種加熱渦輪葉片的輻射模擬方法、系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、近年來，在對(duì)渦輪葉片或類似體積較小試驗(yàn)件的加熱模擬過程中，氣動(dòng)加熱和熱輻射加熱是航空航天領(lǐng)域熱性能測(cè)試的兩種主要方法。氣動(dòng)加熱方式通過高溫高速風(fēng)洞和燃?xì)饧訜嵫b置模擬空氣動(dòng)力加熱環(huán)境，電磁感應(yīng)加熱方式是一項(xiàng)非接觸式加熱技術(shù)，可以不與被加熱物體之間接觸而使其加熱升溫，具有加熱效率高、能耗低、體積小、可局部加熱、無污染等眾多優(yōu)勢(shì)，使其具有了非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。但是根據(jù)現(xiàn)有的研究來看，燃?xì)庠囼?yàn)臺(tái)尾焰加熱準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，涉及資源眾多，使用成本較高。而電磁感應(yīng)加熱時(shí)感應(yīng)器產(chǎn)生的強(qiáng)烈的電磁場(chǎng)會(huì)干擾附近的傳感器和振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)，不利于后期測(cè)試；加之渦輪葉片的結(jié)構(gòu)及熱邊界條件十分復(fù)雜，感應(yīng)線圈形狀難以確定，難以在渦輪葉片整體面積尺度上模擬實(shí)際的熱載荷。

2、熱輻射加熱方式具有加熱時(shí)間長(zhǎng)、加熱功率高、多區(qū)控制等競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，已成為全面熱工性能試驗(yàn)的有效和廣泛應(yīng)用的方法，熱輻射加熱器包括石墨元件加熱器、太陽(yáng)能爐、石英燈、氙燈。石英燈加熱器具有熱效率高、壽命長(zhǎng)、熱慣性小、便于電控的特點(diǎn)，非常適合模擬瞬變的氣動(dòng)加熱溫度；同時(shí)其尺寸小、功率大，便于根據(jù)不同試驗(yàn)產(chǎn)品加熱外形進(jìn)行拼接，在實(shí)現(xiàn)小體積試件局部溫度精準(zhǔn)控制的同時(shí)可以確保較大的加熱面積。

3、現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是，傳統(tǒng)的以燈陣中各燈位置為優(yōu)化參數(shù)的優(yōu)化方法已不能滿足快速改變渦輪葉片表面的輻射熱流需求。石英燈陣在渦輪葉片表面的輻射熱流與石英燈陣位置、高度、排布方式、石英燈功率等參數(shù)有關(guān)，調(diào)節(jié)燈陣的幾何參數(shù)例如位置、高度、需要一定的時(shí)間進(jìn)行調(diào)試，燈陣也需要重新布置，在非均勻氣動(dòng)熱試驗(yàn)中通常需要在短時(shí)間迅速改變測(cè)試表面的輻射熱流分布，傳統(tǒng)方法就面臨著費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種加熱渦輪葉片的輻射模擬方法、系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)設(shè)備，以解決現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)節(jié)燈陣的幾何參數(shù)例如位置、高度、需要一定的時(shí)間進(jìn)行調(diào)試，燈陣也需要重新布置，在非均勻氣動(dòng)熱試驗(yàn)中通常需要在短時(shí)間迅速改變測(cè)試表面的輻射熱流分布，傳統(tǒng)方法就面臨著費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的問題。

2、本發(fā)明具體提供如下技術(shù)方案：一種加熱渦輪葉片的輻射模擬方法，包括如下步驟：

3、獲取加熱渦輪葉片已知輻射接收面的輻射通量密度；

4、利用 n支燈管構(gòu)建石英燈陣列，并獲得每支燈管對(duì)于加熱渦輪葉片上第 j個(gè)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位置信息；

5、對(duì)所述石英燈陣列和相對(duì)位置信息進(jìn)行矩陣轉(zhuǎn)化，并根據(jù)矩陣轉(zhuǎn)化后獲得的石英燈陣列矩陣與相對(duì)位置信息矩陣獲得測(cè)點(diǎn)的輻射熱流關(guān)系，基于所述輻射熱流關(guān)系獲得功率線性方程組；

6、將所述輻射通量密度輸入功率線性方程組中，獲得石英燈管陣列中每根燈管的功率；

7、通過調(diào)整所述每根燈管的功率，對(duì)所述輻射接收面上的熱流分布進(jìn)行改變，進(jìn)行加熱渦輪葉片的輻射模擬；其中熱流分布為輻射通量密度的體現(xiàn)。

8、優(yōu)選的，所述獲取加熱渦輪葉片已知輻射接收面的輻射通量密度，包括如下步驟：

9、獲取燈管的熱功率、表面面積及光線沿傳播方向的立體角，獲取輻射通量和輻射通量密度，具體表達(dá)式為：

10、。

11、其中， i l為輻射接收面上的輻射通量；n為燈管的熱功率； a n為燈管表面面積；為沿輻射傳播方向的立體角，為輻射通量密度； t為單位時(shí)間，為在單位時(shí)間內(nèi)沿輻射傳播方向的立體角。

12、優(yōu)選的，所述利用 n支燈管構(gòu)建石英燈陣列，具體表達(dá)式為：

13、。

14、其中， h j為石英燈陣列中第 j支石英燈的功率； q ij h j為石英燈陣列中第 j支石英燈在第 i個(gè)測(cè)點(diǎn)上的熱流，q ij為第 j支燈管對(duì)于第 i個(gè)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位置信息； b i為第 i個(gè)測(cè)點(diǎn)上的輻射熱流。

15、優(yōu)選的，所述獲得每支燈管對(duì)于加熱渦輪葉片上第 j個(gè)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位置信息，具體表達(dá)式為：

16、。

17、其中， q s為輻射接收面某點(diǎn)所接收到的單排石英燈陣列的輻射熱流量； p為輻射接收面某點(diǎn)； q0為燈管的熱功率； h p為燈管距離輻射接收面點(diǎn) p在垂直方向上的距離； l為燈管燈絲實(shí)際加熱長(zhǎng)度；, α p為 p時(shí)的 α值， β p為 p時(shí)的 β值， γ p為 p時(shí)的 γ值， y為輻射接收面某點(diǎn)距離燈管 y方向的距離， x為輻射接收面某點(diǎn)距離燈管中心處 x方向的距離， n為燈管數(shù)量。

18、優(yōu)選的，對(duì)所述石英燈陣列和相對(duì)位置信息進(jìn)行矩陣轉(zhuǎn)化，具體表達(dá)式為：

19、。

20、。

21、。

22、其中，q為相對(duì)位置信息矩陣， h為石英燈陣列中石英燈的功率，b為 m個(gè)測(cè)點(diǎn)的輻射熱流的行列式。

23、優(yōu)選的，所述根據(jù)矩陣轉(zhuǎn)化后獲得的石英燈陣列矩陣與相對(duì)位置信息矩陣獲得測(cè)點(diǎn)的輻射熱流關(guān)系，基于所述輻射熱流關(guān)系獲得功率線性方程組，具體表達(dá)式為：

24、。

25、。

26、其中，b為系數(shù)矩陣；c為b左乘q的轉(zhuǎn)置。

27、優(yōu)選的，若功率線性方程組中，且系數(shù)矩陣b滿秩，則所述功率線性方程組存在唯一解，通過獲得石英燈陣列各燈管功率。

28、優(yōu)選的，所述進(jìn)行加熱渦輪葉片的輻射模擬后，還包括如下步驟：根據(jù)橫向熱流分布與目標(biāo)正態(tài)分布曲線上各點(diǎn)間距，以及所述間距與目標(biāo)熱流值關(guān)系獲得相對(duì)誤差，具體表達(dá)式為：

29、。

30、其中，為相對(duì)誤差，為橫向熱流分布，為目標(biāo)正態(tài)分布曲線上各點(diǎn)坐標(biāo)。

31、本發(fā)明提供一種加熱渦輪葉片的輻射模擬系統(tǒng)，包括：

32、采集模塊，用于獲取加熱渦輪葉片已知輻射接收面的輻射通量和輻射通量密度；

33、位置信息獲取模塊，用于利用 n支燈管構(gòu)建石英燈陣列，并獲得每支燈管對(duì)于加熱渦輪葉片上第 j個(gè)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位置信息；

34、線性方程組獲取模塊，用于對(duì)所述石英燈陣列和相對(duì)位置信息進(jìn)行矩陣轉(zhuǎn)化，并根據(jù)矩陣轉(zhuǎn)化后獲得的石英燈陣列矩陣與相對(duì)位置信息矩陣獲得測(cè)點(diǎn)的輻射熱流關(guān)系，基于所述輻射熱流關(guān)系獲得功率線性方程組；

35、功率獲取模塊，用于將所述輻射通量密度輸入功率線性方程組中，獲得石英燈管陣列中每根燈管的功率；

36、模擬模塊，用于通過調(diào)整所述每根燈管的功率，對(duì)所述輻射接收面上的熱流分布進(jìn)行改變，進(jìn)行加熱渦輪葉片的輻射模擬；其中熱流分布為輻射通量密度的體現(xiàn)。

37、本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器及處理器，所述存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存有程序，所述程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器執(zhí)行所述一種加熱渦輪葉片的輻射模擬方法的步驟。

38、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：

39、本發(fā)明通過構(gòu)建石英燈陣列，獲得石英燈陣列中每個(gè)燈管對(duì)于測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位置信息，并通過石英燈陣列的矩陣形式進(jìn)行相對(duì)位置信息獲得測(cè)點(diǎn)的輻射熱流關(guān)系，基于輻射熱流關(guān)系獲得功率線性方程，不需要改變調(diào)整石英燈陣的幾何參數(shù)，通過功率線性方程與輻射通量密度的關(guān)系即可獲得每個(gè)燈管的功率，且只需通過改變石英燈陣功率來改變輻射表面的熱流分布，操作簡(jiǎn)單方便，以滿足輻射熱流分布需求的時(shí)效性和迅速性，在試驗(yàn)中更快的按照要求改變輻射表面的熱流分布。