[發(fā)明專利]一種三級(jí)隔熱式熱流計(jì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410256983.5
• 申請(qǐng)日: 2014-06-11
• 公開（公告）號(hào): CN104062036A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周宇鵬;趙啟偉;趙欣;鐘奇;張寧莉;趙劍鋒;王帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部
• 主分類號(hào): G01K17/06
• 分類號(hào): G01K17/06
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 付雷杰;仇蕾安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器熱控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于實(shí)現(xiàn)對(duì)熱平衡試驗(yàn)中所模擬紅外熱流的三級(jí)隔熱式熱流計(jì)。

背景技術(shù)

航天器熱平衡試驗(yàn)是驗(yàn)證航天器熱設(shè)計(jì)的重要手段。在航天器熱平衡試驗(yàn)中，通常采用紅外燈或紅外籠模擬航天器所吸收的空間外熱流。決定熱平衡試驗(yàn)有效性的關(guān)鍵因素之一在于紅外輻射熱流的測(cè)量精度。目前型號(hào)熱平衡試驗(yàn)中所使用的熱流計(jì)有兩種：一種是多層隔熱式絕熱型熱流計(jì)，另外一種是熱屏等溫型熱流計(jì)。

多層隔熱式絕熱型熱流計(jì)在應(yīng)用中存在的主要問題有：1)測(cè)量精度一般；2)熱流計(jì)個(gè)體差異較明顯；3)熱流計(jì)重復(fù)使用率低；4)熱流計(jì)安裝方式復(fù)雜。熱屏等溫型熱流計(jì)在應(yīng)用中存在的主要問題有：1)需定期標(biāo)定且存在標(biāo)定誤差；2)熱流測(cè)量系統(tǒng)復(fù)雜；3)所需測(cè)控溫通道較多。鑒于現(xiàn)有熱流計(jì)存在上述不足，有必要研制一種新型熱流計(jì)，以提高熱流測(cè)量精度，以確保航天器熱平衡試驗(yàn)的有效性，減小瞬態(tài)熱試驗(yàn)的復(fù)雜程度，簡(jiǎn)化熱平衡試驗(yàn)準(zhǔn)備工作，節(jié)約型號(hào)熱平衡試驗(yàn)成本和周期。減少甚至取消標(biāo)定試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用，簡(jiǎn)化安裝和測(cè)量系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種三級(jí)隔熱式熱流計(jì)，能夠在熱平衡試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、免標(biāo)定且能重復(fù)使用。

本發(fā)明的一種三級(jí)隔熱式熱流計(jì)，包括敏感面、內(nèi)膽、外殼、敏感面安裝架、內(nèi)膽安裝架、外殼安裝架、敏感面熱電偶、內(nèi)膽熱電偶、多層隔熱組件、黑漆涂層和鍍鋁膜；

所述外殼和內(nèi)膽均為一端封閉、一端開口的中空?qǐng)A柱狀結(jié)構(gòu)；所述內(nèi)膽的開口一端向外延伸出徑向凸緣；

所述外殼安裝架、內(nèi)膽安裝架以及敏感面安裝架均由上、下圓盤以及支撐于兩圓盤之間的圓柱組成,其剖面呈“工”字形；

所述外殼安裝架安裝在艙體表面的熱流計(jì)安裝面上，所述外殼同軸安裝于外殼安裝架的上圓盤之上；

所述內(nèi)膽安裝架有4個(gè)，靠近外殼內(nèi)表面并以90度間隔分布于外殼封閉一端的底面上；

所述內(nèi)膽同軸置于所述外殼的空腔內(nèi)，內(nèi)膽的徑向凸緣由所述4個(gè)內(nèi)膽安裝架支撐并與外殼的開口端對(duì)應(yīng)，所述徑向凸緣的下表面與外殼的開口的上表面之間留有間隙；內(nèi)膽下底面與外殼下底面之間有間隙，使內(nèi)膽外表面與外殼內(nèi)表面之間形成連通的隔熱腔；

所述敏感面安裝架同軸置于所述內(nèi)膽封閉一端的底面上，圓形敏感面安裝于所述敏感面安裝架之上，敏感面上表面與所述徑向凸緣上表面位于同一水平高度；

所述敏感面熱電偶安裝于敏感面下表面圓心處；內(nèi)膽熱電偶安裝于內(nèi)膽封閉一端的下表面的圓心處；敏感面的外沿與內(nèi)膽的內(nèi)表面之間留有間隙；

所述敏感面和敏感面安裝架安裝成為一體的敏感面組件后，多層隔熱組件敷設(shè)于敏感面組件的下表面；

所述敏感面上表面、徑向凸緣上表面和內(nèi)膽內(nèi)表面均涂覆有發(fā)射率大于0.85的黑漆涂層；所述內(nèi)膽外表面和外殼內(nèi)、外表面均粘貼鍍鋁膜。

所述內(nèi)膽安裝架、外殼安裝架和敏感面安裝架均選用聚酰亞胺或玻璃鋼材料加工而成。

內(nèi)膽的徑向凸緣寬度≥5mm。

所述敏感面外沿與內(nèi)膽內(nèi)側(cè)表面之間間隙范圍在0.1mm至1.0mm之間。

所述內(nèi)膽的徑向凸緣下表面與外殼邊緣上表面之間間隙范圍在0.1mm至1.0mm之間。

所述多層隔熱組件包括第一多層隔熱組件和第二多層隔熱組件，依次敷設(shè)在所述敏感面組件的下表面；所述敏感面熱電偶的引線緊貼敏感面下表面并繞敏感面安裝架上圓盤的外圓盤繞，從第一多層隔熱組件穿出后在第一多層隔熱組件和第二多層隔熱組件之間繞敏感面安裝架上圓盤的外圓盤繞，再?gòu)牡诙鄬痈魺峤M件穿出，引至內(nèi)膽封閉一端的圓心處，并從圓心處穿出最后從外殼引出。

所述敏感面熱電偶的引線在第一多層隔熱組件和第二多層隔熱組件之間盤線盤線長(zhǎng)度≥50mm。

所述敏感面的厚度小于或等于0.15mm。

所述內(nèi)膽電熱偶的引線緊貼內(nèi)膽下底面的圓心盤繞，并從外殼封閉一端的開口引出。

本發(fā)明的一種三級(jí)隔熱式熱流計(jì)的外熱流測(cè)量方法，利用所述敏感面熱電偶測(cè)量得到的溫度T_m以及內(nèi)膽熱電偶測(cè)得的溫度T_n，所述外熱流大小Q根據(jù)如下公式獲得：

εσT_m⁴＝Q+a(T_n-T_m)+b(T_n⁴-T_m⁴)