[发明专利]一种热壁热流传感器及其测试方法

说明书

本发明公开了一种新颖的热壁热流传感器及其测试方法，包括：基于一维传热假设，构建了一种可承受高温的带封装结构和传热体径向双孔测温的热壁热流传感器。本发明的热壁热流传感器结构和材料选择可以实现较长时间低频动态中低热流测试，可以应用于气动热与热防护地面与飞行测试试验模型表面微扰动动态热流测试环境中。

技术领域

本发明涉及高超声速器地面防热试验和飞行试验测试技术领域领域，具体为一种基于一维非线性传热的热壁热流传感器及其测试方法。

背景技术

在气动热与热防护试验中，热流数据的有效获取对改进气动热环境及其防热材料热响应预测模型具有非常重要的作用。包括塞式量热计、零点量热计、水卡以及戈登计在内的冷壁热流测试方法已在气动热与热防护试验中得到广泛应用。

但如果在长时间气动加热过程中，由于冷壁热流传感器在材料和表面温度方面与周围模型不一致，会导致在催化热效应、对流边界层传热特性及对流热和热辐射热耗散等热交换过程存在明显差异，从而使得冷壁热流测量不能完全真实反映高超声速飞行器飞行环境/地面模拟试验防热模型表面热壁热流。另外，在气动热与热防护地面或飞行测试试验环境中，模型表面存在非一维传热现象，从而导致热流测试或逆辨识精确度较低。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种热壁热流传感器及其测试方法，包括：壳体，其内部具有T型腔；所述T型腔后部设置有两层陶瓷垫片；

传热体，其前部开设了两个有一定间距互呈十字形的径向通孔Ⅰ和径向通孔Ⅱ，且前部端口与所述壳体前端保持齐平的过渡配合；所述传热体后部通过一体成型的法兰盘固定在两层所述陶瓷垫片之间，且后部端口上设置有螺纹柱；所述螺纹柱上套设有两层陶瓷穿片和绝缘套管，且通过固定螺母拧紧固定；两层所述陶瓷穿片上设置有上大下小互呈十字形的一对阶梯孔Ⅰ和一对阶梯孔Ⅱ；所述传热体侧面内嵌有与径向通孔Ⅰ和径向通孔Ⅱ相对应的一对刚玉管Ⅰ和一对刚玉管Ⅱ；一对所述刚玉管Ⅰ和一对所述刚玉管Ⅱ的后端分别嵌入一对所述阶梯孔Ⅰ和一对所述阶梯孔Ⅱ中；对接型热电偶丝Ⅰ，其中部的测温节点Ⅰ紧密贴合在所述径向通孔Ⅰ中部，两端从一对所述阶梯孔Ⅰ中穿出后套上一对小玻璃纤维管Ⅰ且被包裹在大玻璃纤维管中；对接型热电偶丝Ⅱ，其中部的测温节点Ⅱ紧密贴合在所述径向通孔Ⅱ中部，两端从一对所述阶梯孔Ⅱ中穿出后套上一对小玻璃纤维管Ⅱ且被包裹在大玻璃纤维管中；尾夹，其与所述壳体后端可拆卸连接；所诉尾夹上设置有尾架压片；所述尾架压片位于所述大玻璃纤维管一侧且通过两个固定螺栓进行压紧固定。

优选的是，其中，所述壳体与所述传热体为相同的高温合金材质。

优选的是，其中，两层所述陶瓷垫片和两层所述陶瓷穿片使用了氧化锆材质。

优选的是，其中，所述壳体为T型圆柱结构。所述壳体前部设置有长度为10mm的M8x0.75的细外螺纹，且前部端口的长度为1.5mm,直径为6.5mm。

优选的是，其中，所述T型腔与所述传热体之间存在空气间隙；所述壳体前部端口上设置有上小下大的环形刃孔；所述环形刃孔的较小端与所述传热体的前端保持齐平且紧密的嵌合，较大端与所述空气间隙连通。

优选的是，其中，所述传热体为变直径的圆柱体形的结构，从前端到后端分别为Φ4.9mm、Φ9mm、Φ4.9mm和Φ2mm，总长29mm；所述径向通孔Ⅰ和径向通孔Ⅱ的内径为Φ0.2mm。

优选的是，其中，一对所述刚玉管Ⅰ和一对所述刚玉管Ⅱ的外径为Φ0.9mm，内径为Φ0.4mm，长度分别为22.8mm和20.8mm；且前端分别与所述径向通孔Ⅰ和所述径向通孔Ⅱ中心线的距离为0.3mm。

优选的是，其中，所述固定螺母为M2陶瓷六方螺母。