[发明专利]一种燃烧室内壁面温度和热流分布的测量方法及装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种用于获得燃烧室内壁温度和热流分布的测量方法及装置。本发明 特别用于获得火箭发动机轴对称结构燃烧室稳定工作时内壁温度和热流分布。

【背景技术】

在火箭发动机燃烧室的研制过程中，为了获得良好的热防护效果，燃烧室的传热 特性，即内壁面温度和热流的分布，是重点考察内容之一。

在对燃烧室传热特性的研究中，一般采用容热式燃烧室结构，试验时间设置在几 秒钟，而采用温度传感器装置测量获得燃烧室内壁面温度和热流分布是火箭发动机试 验中常用的方法。在轴对称燃烧室结构中只要获得燃烧室壁面一个周向方向的内壁面 温度和热流的分布，即可代表整个周向的传热情况。在同一周向上在不同的轴向位置 上安排足够多的测温点，即可充分地考察内壁面温度和热流的分布情况。

一般获得内壁面温度和热流的测量方法，分别采用了一组热电偶和一组热流计， 将它们的测头都置于燃烧室内壁上，以直接获得燃烧室内壁温度和热流，例如William M.Marshall′，Sibtosh Pal′，etc.《Benchmark Wall Heat Flux Data for a GO₂/GH₂ Single Element Combustor》.AIAA 2005-3572所述。但在这种方法中热流计由于无法与地面 信号隔离，导致不可用。对内壁面热流的测量采用了一种同轴式温度传感器，其具有 两个测温头，一个安装于内壁面，直接测量内壁温度，一个安装于同一轴向距内壁面 一定距离的位置。采用测量得到这两点温度进行计算获得内壁热流值。该方法由于直 接将热电偶置于内壁上，因此要使测得的温度为真实内壁温度，则温度传感器材料必 须与室壁相同，传感器测温头形状必须与内壁圆弧形形状吻合，且整个同轴式热电偶 与燃烧室室壁紧密接触、融为一体。这种方案结构复杂，加工、安装及密封困难，必 须采用一种复杂的同轴式温度传感器，成本高，且传感器材料不可选，测量量程受限， 传感器也不可拆卸。在燃烧室尺寸改变的情况下，需要新的热电偶组件。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种简单、可靠的获得燃烧室内壁面温度和热流的测量方法。 本发明要解决的问题是，采用技术成熟的凯装式热电偶对壁面进行测温，且热电偶可 以方便进行拆装；在燃烧室身部采用盲孔方案，测温点位于孔底，解决燃烧室加工、 安装密封的困难；采用一种热电偶紧固装置，实现热电偶定位，并使测温头与测温点 紧密接触；在轴向各点上仅采用单点测温，采用一种数据处理方法来获得内壁面温度 和热流数据。

一种燃烧室内壁面温度和热流分布测量方法，包括燃烧室、热电偶温度传感器、 热电偶固定装置(包括紧固螺母和紧定螺丝)、信号传输线、计算机和一种传热计算方 法及程序。燃烧室身部同一周向上钻有沿轴向等距离分布测温孔，测温孔为盲孔，各 孔孔底为面积较小的平面，且除喷注面板内为测量燃烧室头部温度的一测温点孔，其 余测温孔距离燃烧室内壁距离相同；温度传感器采用的是凯装式热电偶温度传感器； 温度传感器伸入测温孔，采用热电偶固定装置将热电偶固定在燃烧室上，使其测温头 与孔底紧密接触；所述温度传感器固定装置包括紧固螺母和紧定螺丝；在燃烧室工作 时间内，采集到测点的温度信号经信号传输线传送到计算机中，得到各测点温度测量 输出曲线；利用各测点的温度测量输出曲线，分为以下三个步骤来获得内壁面温度和 热流的分布：

第一步：由于传感器具有一定的响应时间，根据其响应特性对测量输出温度曲线 进行拟合再解析求解的方法，得到真实测温点的温度上升曲线；

第二步：根据试验压力曲线，选取计算时间和计算终止时刻的温度；

第三步：首先进行一维非稳态导热的迭代计算，获得二维计算内壁面各点的初值， 再进行轴对称二维非稳态导热的迭代计算，获得燃烧室内壁面温度和热流的分布。