[发明专利]热解层导热系数测量仪器及测量方法

说明书

本发明公开了一种热解层导热系数测量仪器及测量方法。本发明属于航天热防护领域，本发明的主要目的是测量高温恒压环境下树脂基复合材料热解过程中的导热系数。实验前按要求将待测材料制作成试件，并测量厚度d；实验时接通主机的电源，按仪器说明安装试样与管线,开启水机制冷，通入氩气保护，设定温度、气压并开始加压；压力达到额定值后开始加热，测量热解之前的材料的导热系数、热解过程中的材料的导热系数、热解完全的材料的导热系数，经过实验结果的处理反演出导热系数λ的曲线，并依据需要可以变换加热路径、气压从而得到导热系数与温度、气压的函数关系。本方法解决了高温环境下树脂基复合材料热解过程中导热系数的测量问题。

技术领域

本发明涉及一种在高温恒压环境下树脂基复合材料热解过程中的导热系数测量仪器及测量方法，可测量树脂基复合材料热解模型热解过程中的导热系数，属于航天热防护领域。

背景技术

在航空航天领域，超音速飞行器受到严重的气动热载荷，常用树脂基复合材料作为热防护材料，该材料在热载荷作用下出现热解形成热解层热解气体+残余的炭。热解层的导热系数是超音速飞行器热防护设计的基本参数，该导热系数与温度、热解过程和气压等有关。因此，准确测量高温环境下热解层的导热系数具有重要意义。目前，中国国内用于测量导热系数的仪器无法恒定气压，且大多只能在500摄氏度以下测量，无法测量树脂基复合材料热解过程中的导热系数。目前多数研究者采用线性拟合方法获得估计值，但这种方法引起的误差很大；部分院校在测量树脂基复合材料的导热系数时采用预先加热至热解温度热解后，再测量其导热系数，该方法不能获得热解气体对热解层的影响，该方法测量的导热系数非真实。

发明目的

本发明的目的就是针对现有技术装备的不足，发明一种在高温恒压环境下测量树脂基复合材料热解过程中的导热系数的测量仪器及测量方法。

技术方案

本发明的目的是通过如下措施来达到：

本发明的热解层导热系数测量仪器由气密外壳、结构承载系统、液压起重装置、中心测量装置、氩气加压装置、冷却水循环装置、气压阀、面板控制系统组成。

气密外壳包裹着中心测量装置、液压起重装置、面板控制系统，气密外壳上设有进水口、出水口连接冷却水循环装置，设有进气口连接氩气加压装置，在顶部设有出气口安装有气压阀，设有进料口，气密外壳能耐高压气体，气压阀能够满足设定额定气压，使气压恒定在额定气压的需求。

结构承载系统从功能上分为三层，上层安放中心测量装置、中层安放液压起重装置、下层安放面板控制系统，结构承载系统满足承载需要。

液压起重装置包括液压机、传动杆、压力传感器、托盘，其中压力传感器安装在传动杆、托盘之间，液压机放置在结构承载系统中层钢板上，托盘上托着中心测量装置中的待测材料、冷板、热流计、水槽，传动杆、压力传感器、托盘能够在中心测量装置的炉膛内上下移动；压力传感器的信号经数据线传输并显示在面板控制系统，面板控制系统可以调控液压机的压力输出，组成液压系统的闭环回路。

中心测量装置放置在结构承载系统的上层，其组成如下：加热元件、热板固定在炉膛上，炉膛由钢板支撑，其余部分安放在液压起重装置的托盘上，且从上往下依次为待测材料、冷板、热流计、水槽，热板热电偶固定于热板的下表面，冷板热电偶固定于冷板的上表面；热板热电偶、冷板热电偶、热流计输出的信号经数据线传输并分别显示在面板控制系统上，面板控制系统可以调控加热元件的温度输出，组成中心测量装置的加热温度的闭环回路。

氩气加压装置包括氩气加压机、软管，氩气加压机外置在气密外壳外，经软管与气密外壳上的进气口紧密连接，氩气加压装置能满足排出仪器内空气并且对仪器内进行气体加压的需要。

冷却水循环装置包括水机、软管，水机外置在气密外壳外，经软管与气密外壳上的进水口、出水口紧密连接，水机能满足提供恒定温度、恒定流速的冷却水并能完成水的循环。