贺利氏特种光源(英国剑桥)正带领开发应用于humm3®闪光灯系统的光学热学模型。创建可靠模拟的过程包括了使用角度测量(绕轴旋转)和光谱辐照度(表面接收到的光能)测量的氙闪灯光源的光学特性，然后测量光谱能量级别、光源的空间分布和光电转换能源效率。

测量光谱能量

下面的图1显示了配备光谱辐照度，来测量氙灯关于波长的能量辐射实验装置。这个系统中，氙闪灯发出的光进入一个预先设定的距离(通常是0.5到1米，见左下图)的探测器。然后，光通过光缆传输到双单色仪系统(见最下面的左图)，该系统测量特定波长的光强度。这就得到了光源的详细光谱辐照度图——这种情况下，测量到了humm3^®闪光灯发出的氙气光能量的整个发射曲线(图2)。

图1

用于光谱辐照度测量的双单色仪测试装置。氙灯发出的光(右上)进入探测器(左上)，探测器通过光缆将光传输到双单色仪，双单色仪测量特定波长的光强度。这样就可以绘制出闪光灯发射光能的光谱细节图。

图2

humm3®氙闪灯出光的光谱辐照度测量

图片来源:贺利氏特种光源

测量能效

图3

德国哈瑙的贺利氏验室中，通过积分球(图3)对系统效率进行了评估，以准确地确定在不同电压水平下从humm3®导光块输出的光谱能量。球体的特点是具有高度反射的漫反射表面，引导几乎所有的光学能量从闪光灯模块头发出到双单色仪探测器。通过对给定脉宽和频率的脉冲能量进行调节，根据闪光灯对应的电压范围，可以测量出humm3®模块头发出的平均光学功率。

分析角能量分布

为了达到高质量的复合材料铺叠，闪光灯模块头对于自动铺丝(AFP)的起轧点的位置也是极其重要的因素。与此同时，为了测量输出能量，我们也测量了氙闪灯光强随着光源角度的变化情况。所有研究角能量分布的测量都是标准化的，而不是测某个点的能量。这些测量结果用于闪光灯的光线追踪模拟实验，来预测氙灯的脉冲能量在基材、起轧点和进来的丝束之间是如何分布的。

图4

Noblelight 用TracePro软件的光学模型实验结果。

图片来源:贺利氏特种光源

光学光线追踪分析（图4）-----使用了TracePro 软件 (Lambda Research Corp., Littleton, Mass., U.S.)----详尽的计算了复合材料丝束和基材的表面辐照度轮廓。这些辐照度轮廓，用于热学模拟边界条件的参考意见。碳纤维增强LM-PAEK(低熔点聚醚酮)带的光学和热学性能，也给相关的加工温度提供了模型。

物理实验验证

作为验证步骤，自动铺丝(AFP)物理实验也在法国工程师学院复合工业材料实验平台(Compositadour (Bayonne, France))进行。以此来展示用模拟实验来预测实际自动铺丝(AFP)铺叠温度值的能力。红外温度记录仪，和铺放复合材料内的嵌入式薄热电偶，用于测量自动铺丝(AFP)实验加工温度。测量看得出，和接近起轧点区域和沿着厚度方向的预测温度轮廓，有相当的一致性。

但是，测量强调了热学管理模具对于一开始几层的材料影响。在铺叠的开始，一开始的几层非常接近于模具表面。模具形成了散热板。因此，我们使用了被加热的模具。模具的温度对于自动铺丝(AFP)起轧点的温度有着强烈的影响。

      图5

用humm3®氙闪灯加热系统的热塑性复合材料铺叠实验。

图片来源：法国工程师学院复合工业材料实验平台(Compositadour)

在铺叠的初始阶段，为了保持起轧点温度的恒定，氙闪灯的脉冲参数需要调节。但是只要有几层材料被铺叠，这几层就开始变成一种隔热层，模具温度的影响减少。这点在工艺上，无需在做进一步的脉冲参数调节。

在FRAMES项目验证实验期间，加热的模具用于验证不同的自动铺丝(AFP)加工温度。  Guillaume Fourage(法国工程师学院复合工业材料实验平台(Compositadour)工程师)解释道，先进尾部展示器的制造方法并非一成不变的。我们在验证的方法来做表面铺叠，目的是找到工艺时间、能量消耗和铺叠质量的平衡。改变模具表面的温度需要我们根据达到适合的起轧点温度，来调整脉冲的参数。这是光学了些模型开发计划的一部分。这帮助我们增加在不同铺叠条件下的模拟的可靠性和稳定性。

这些模拟模型也应用到最终的加热系统和清洁天空2热塑性复合材料先进尾部展示器模具构造。零件将于2021年生产、2022年组装，目的是在2023年项目结束前达到技术就绪等级(TRL)6。同时，生产就绪等级(MRL)已达到5/6。不仅是为了先进尾部展示器，也为了相关的正在开发中制造工艺和模具。总体先进尾部展示器项目的目标包括：成本减少达20%、复合材料重量减少达20%、燃料消耗减少达1.5%，同时改善空气动力学符合清洁天空的环境目标。

此项目得到了清洁天空2联合企业在拨款协议编号886549下的资助。联合企业得到了欧盟的地平线2020研发创新项目的支持，除欧盟之外，清洁天空2联合企业成员也给与了大力支持。