賀利氏特種光源(英國劍橋)正帶領(lǐng)開發(fā)應(yīng)用于humm3®閃光燈系統(tǒng)的光學(xué)熱學(xué)模型,。創(chuàng)建可靠模擬的過程包括了使用角度測量(繞軸旋轉(zhuǎn))和光譜輻照度(表面接收到的光能)測量的氙閃燈光源的光學(xué)特性，然后測量光譜能量級別,、光源的空間分布和光電轉(zhuǎn)換能源效率,。

測量光譜能量

      下面的圖1顯示了配備光譜輻照度，來測量氙燈關(guān)于波長的能量輻射實驗裝置,。這個系統(tǒng)中,，氙閃燈發(fā)出的光進(jìn)入一個預(yù)先設(shè)定的距離(通常是0.5到1米，見左下圖)的探測器,。然后,，光通過光纜傳輸?shù)诫p單色儀系統(tǒng)(見最下面的左圖)，該系統(tǒng)測量特定波長的光強度,。這就得到了光源的詳細(xì)光譜輻照度圖——這種情況下,，測量到了humm3^®閃光燈發(fā)出的氙氣光能量的整個發(fā)射曲線(圖2)。

圖1

用于光譜輻照度測量的雙單色儀測試裝置。氙燈發(fā)出的光(右上)進(jìn)入探測器(左上),，探測器通過光纜將光傳輸?shù)诫p單色儀,，雙單色儀測量特定波長的光強度。這樣就可以繪制出閃光燈發(fā)射光能的光譜細(xì)節(jié)圖,。

圖2

humm3®氙閃燈出光的光譜輻照度測量

圖片來源:賀利氏特種光源

測量能效

圖3

       德國哈瑙的賀利氏驗室中,，通過積分球(圖3)對系統(tǒng)效率進(jìn)行了評估，以準(zhǔn)確地確定在不同電壓水平下從humm3®導(dǎo)光塊輸出的光譜能量,。球體的特點是具有高度反射的漫反射表面,，引導(dǎo)幾乎所有的光學(xué)能量從閃光燈模塊頭發(fā)出到雙單色儀探測器。通過對給定脈寬和頻率的脈沖能量進(jìn)行調(diào)節(jié),，根據(jù)閃光燈對應(yīng)的電壓范圍,，可以測量出humm3®模塊頭發(fā)出的平均光學(xué)功率。

分析角能量分布

      為了達(dá)到高質(zhì)量的復(fù)合材料鋪疊,，閃光燈模塊頭對于自動鋪絲(AFP)的起軋點的位置也是極其重要的因素,。與此同時，為了測量輸出能量,，我們也測量了氙閃燈光強隨著光源角度的變化情況,。所有研究角能量分布的測量都是標(biāo)準(zhǔn)化的，而不是測某個點的能量,。這些測量結(jié)果用于閃光燈的光線追蹤模擬實驗,，來預(yù)測氙燈的脈沖能量在基材、起軋點和進(jìn)來的絲束之間是如何分布的,。

圖4

Noblelight 用TracePro軟件的光學(xué)模型實驗結(jié)果,。

圖片來源:賀利氏特種光源

光學(xué)光線追蹤分析（圖4）-----使用了TracePro 軟件 (Lambda Research Corp., Littleton, Mass., U.S.)----詳盡的計算了復(fù)合材料絲束和基材的表面輻照度輪廓。這些輻照度輪廓,，用于熱學(xué)模擬邊界條件的參考意見,。碳纖維增強LM-PAEK(低熔點聚醚酮)帶的光學(xué)和熱學(xué)性能，也給相關(guān)的加工溫度提供了模型,。

物理實驗驗證

       作為驗證步驟,，自動鋪絲(AFP)物理實驗也在法國工程師學(xué)院復(fù)合工業(yè)材料實驗平臺(Compositadour (Bayonne, France))進(jìn)行。以此來展示用模擬實驗來預(yù)測實際自動鋪絲(AFP)鋪疊溫度值的能力,。紅外溫度記錄儀,，和鋪放復(fù)合材料內(nèi)的嵌入式薄熱電偶，用于測量自動鋪絲(AFP)實驗加工溫度,。測量看得出,，和接近起軋點區(qū)域和沿著厚度方向的預(yù)測溫度輪廓，有相當(dāng)?shù)囊恢滦浴?/span>

      但是,，測量強調(diào)了熱學(xué)管理模具對于一開始幾層的材料影響,。在鋪疊的開始,，一開始的幾層非常接近于模具表面。模具形成了散熱板,。因此,，我們使用了被加熱的模具。模具的溫度對于自動鋪絲(AFP)起軋點的溫度有著強烈的影響,。

      圖5

用humm3®氙閃燈加熱系統(tǒng)的熱塑性復(fù)合材料鋪疊實驗,。

圖片來源：法國工程師學(xué)院復(fù)合工業(yè)材料實驗平臺(Compositadour)

      在鋪疊的初始階段，為了保持起軋點溫度的恒定,，氙閃燈的脈沖參數(shù)需要調(diào)節(jié),。但是只要有幾層材料被鋪疊，這幾層就開始變成一種隔熱層,，模具溫度的影響減少,。這點在工藝上，無需在做進(jìn)一步的脈沖參數(shù)調(diào)節(jié),。

      在FRAMES項目驗證實驗期間,，加熱的模具用于驗證不同的自動鋪絲(AFP)加工溫度。  Guillaume Fourage(法國工程師學(xué)院復(fù)合工業(yè)材料實驗平臺(Compositadour)工程師)解釋道,，先進(jìn)尾部展示器的制造方法并非一成不變的,。我們在驗證的方法來做表面鋪疊，目的是找到工藝時間,、能量消耗和鋪疊質(zhì)量的平衡。改變模具表面的溫度需要我們根據(jù)達(dá)到適合的起軋點溫度,，來調(diào)整脈沖的參數(shù),。這是光學(xué)了些模型開發(fā)計劃的一部分。這幫助我們增加在不同鋪疊條件下的模擬的可靠性和穩(wěn)定性,。

       這些模擬模型也應(yīng)用到最終的加熱系統(tǒng)和清潔天空2熱塑性復(fù)合材料先進(jìn)尾部展示器模具構(gòu)造,。零件將于2021年生產(chǎn)、2022年組裝,，目的是在2023年項目結(jié)束前達(dá)到技術(shù)就緒等級(TRL)6,。同時，生產(chǎn)就緒等級(MRL)已達(dá)到5/6,。不僅是為了先進(jìn)尾部展示器,，也為了相關(guān)的正在開發(fā)中制造工藝和模具?？傮w先進(jìn)尾部展示器項目的目標(biāo)包括：成本減少達(dá)20%,、復(fù)合材料重量減少達(dá)20%、燃料消耗減少達(dá)1.5%,，同時改善空氣動力學(xué)符合清潔天空的環(huán)境目標(biāo),。

      此項目得到了清潔天空2聯(lián)合企業(yè)在撥款協(xié)議編號886549下的資助。聯(lián)合企業(yè)得到了歐盟的地平線2020研發(fā)創(chuàng)新項目的支持，除歐盟之外,，清潔天空2聯(lián)合企業(yè)成員也給與了大力支持,。