[发明专利]一种双热电偶大热沉结构柱塞式热流传感器

说明书

本发明提出一种双热电偶大热沉结构柱塞式热流传感器，属于环境辐射热测试技术领域，包括凸字形热沉，K型热电偶，外壳和安装壳，凸字形热沉与外壳螺纹连接，传感器安装壳分别与传感器外壳和试验工装螺纹连接，K型热电偶有两支，分别以激光点焊的方式固定在凸字形热沉靠近外壳的一侧，两支K型热电偶在凸字形热沉的轴向存在高度差，K型热电偶的热偶线沿走线槽延伸至凸字形热沉远离外壳的一侧端部。本发明与现有技术相比，解决了柱塞式热流传感器最大量程不足，极端环境下数据存活率和测量准确度无法保证的问题，具有突出的实质性特点和显著的进步。

技术领域

本发明属于环境辐射热测试技术领域，具体涉及一种双热电偶大热沉结构柱塞式热流传感器。

背景技术

热流测试需求广泛存在于航空、航天、新能源利用等工程技术领域，特别是在航空航天领域，随着型号技术的发展，运载火箭、高超声速飞行器、新型智能导弹等武器装备均对复杂环境下热流密度测试提出了更高的应用需求：火箭发射过程中，尾部喷流环境恶略而复杂，热流密度超过了MW/m²量级，为了精准监测火箭发动机尾部喷流热流密度，评价发动机工作特性，强化工装平台的建设保护，对热流测试提出了超高量程需求；高超声速飞行器在巡航过程中头锥、翼前缘等部位面临着严酷的气动加热效应，为了实现对机身全周期气动热环境预示以及热防护结构设计，对热流测试提出了长时间监测需求；智能导弹由于智能突防、跨域等要求，将导致导弹在飞行过程中气动热环境发生显著变化，为实现对弹体热环境的精准监测，对热流测试提出了高精度需求。由此，提升极限环境下热流测试综合性能、以及提升测量元件的可靠性，对航空航天技术发展具有极其重要的意义。

热流传感器是测量热流密度的基本元件，柱塞式热流传感器因其结构简单、测试方便、结构牢固度好等特点，在热流测试场合具有良好的应用前景。现有技术中常规的柱塞式热流传感器主要由圆柱型无氧铜热沉、绝热材料，以及一支测温热电偶构成，热电偶位于热沉下方。在隔热材料绝热效果良好的前提下，当热流计正面施加外界热流时，热流沿热沉近似轴向一维传导，在热沉热物性及尺寸已知的情况下，通过热电偶温度变化率可计算获得其入射热流密度值。

随着测试环境复杂性的发展，这种常规结构柱塞式热流传感器在热流测量应用中逐渐暴露出以下问题：

1)由于隔热材料的绝热性能对柱塞式热流传感器测试准确性影响巨大，而在实际高温应用中很难保证完美的绝热性能，因此，这种常规结构柱塞式热流传感器测量准确度受到限制；

2)这种等截面热沉结构设计将使传感器表面受热面积过大、底部热沉积过小，不仅增加了传感器的总吸热量，还降低了传感器的热容能力，在火箭尾焰喷射等高热气流吹扫的应用环境下，易使传感器因热沉的热量积蓄而发生表面烧损甚至是报废，限制了传感器的量程扩大，影响了热流测试结果准确性；

3)依靠热沉底部单支热电偶温度变化率推算热流的方法始终建立于热沉良好的一维传导性，忽略了热沉的径向传热问题，放大了计算热流值的不确定度。

由于上述技术问题的限制影响，目前，可见于报道的常规结构柱塞式热流传感器的最大量程与实际工程需求仍有很大差距。由此，如何在高温极端场合最大程度地增强热沉结构的绝热保护、提升热流计算精度，并对热沉进行有效温控，成为提升柱塞式热流传感器在极端环境下数据存活率和测量准确度的关键问题。

综上，现有技术中的柱塞式热流传感器存在最大量程不足，极端环境下数据存活率和测量准确度无法保证的问题，需要进行改进。

发明内容

本发明提出一种双热电偶大热沉结构柱塞式热流传感器，目的是解决现有技术中柱塞式热流传感器最大量程不足，极端环境下数据存活率和测量准确度无法保证的问题。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：