Development of a Verification Method of Ablation Detection for a Flight Sensor

飞行传感器烧蚀检测验证方法的开发

基本信息

批准号：
21K04478
负责人：
酒井武治
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tottori University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

アブレータの炭化層進展を遠隔で検知する計測法を，赤外線サーモグラフィ(以下，熱カメラ)を使って開発した．本開発では，パワー密度の空間分布が一様な半導体レーザーを加熱源として用いた．供試体は，黒鉛と従来から用いているアブレータの２種類で行った．提案する遠隔検知法では，アブレータの炭化現象を，黒体塗料を塗布した円柱供試体側面の等温面進展として検知する．側面の温度進展で供試体全体の炭化進展を測定できるかなど，提案手法の成立要件を，黒鉛供試体加熱試験などを通して確かめた．他方，アブレータ試験では，供試体表面温度が熱カメラ仕様の上限を超えてしまう問題が発生したが，表面からの光を棒で遮る方法を採用することで回避した．ただし，アドホック法のため供試体表面から2mm程度の炭化層進展が観測できないなど課題も残った．埋込センサーによる直接法および熱カメラによる遠隔法を並行させて炭化層進展検知実験を試みた．その結果，予想通り，目視で評価した最終炭化層厚さの不確かさ内に，直接法で検知した炭化進展距離が収まった．遠隔法では，723±100K(以下，等温面群)の等温面群の進展で，最終炭化長さを検知できることがわかった．ただし，遠隔法での等温面群の時間進展は，直接法出力の時間履歴と定性的には同じであったが，定量的には満足のいく一致した結果は得られなかった．加えて，遠隔法の等温面群の温度範囲は，これまでに評価した直接法の電気伝導性発現温度よりも300～400K程度低く，予想に反した．遠隔法の方法論は概ね構築できたが，直接法を検証するほどに精度が高いとは言えず，遠隔法の検知範囲拡大とアブレータの大気圧下での炭化現象について今後見直すことで，精度を改善したい．

我们开发了一种使用红外热成像（以下简称热像仪）远程检测烧蚀器中炭层进展的测量方法。在该开发中，使用功率密度空间分布均匀的半导体激光器作为加热源。使用两种类型的样本：石墨和传统烧蚀剂。在所提出的遥感方法中，烧蚀体的碳化现象被检测为涂有黑体涂料的圆柱形样本侧面的等温表面演化。通过对石墨样品的加热试验证实了所提出方法的要求，例如是否可以根据侧面的温度演变来测量整个样品的碳化进度。另一方面，在烧蚀器测试中，出现了样品表面温度超过热像仪规格上限的问题，但通过使用棒阻挡表面光线的方法避免了这一问题。然而，由于采用了临时方法，问题仍然存在，例如无法观察距样品表面约 2 毫米的碳化层的进展情况。我们尝试进行一项实验，使用嵌入式传感器的直接方法和使用热像仪的远程方法来检测碳化层的进展。正如预期的那样，直接法检测到的炭生长距离落在目视评估的最终炭厚度的不确定度范围内。采用远程方法发现，可以通过723±100K等温表面基团（以下简称等温表面基团）的演化来检测最终碳化长度。然而，尽管远程方法中等温表面群的时间演化在定性上与直接方法输出的时间历程相同，但在定量上无法获得令人满意的结果。此外，使用远程方法得到的等温表面基团的温度范围比迄今为止使用直接方法评估的出现导电性的温度低约300至400K，这与预期相反。虽然远程法的方法论已经大致建立，但还不能说精度足够高来验证直接法，我们将通过扩大远程法的检测范围和回顾直接法的碳化现象来提高精度。我想改进它在大气压下。