[發明專利]熱真空環境下使用的瞬態熱流計及熱流測量方法

有效

• 申請號: 201410366638.7
• 申請日: 2014-07-29
• 公開（公告）號: CN104089706B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 畢研強;郄殿福;李西園;許忠旭;紀欣言;周艷;李濤
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: G01J5/10
• 分類號: G01J5/10;G01K7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于航天器環境試驗領域，具體來說，本發明涉及一種測量加熱器瞬態熱流的測試裝置。此外，還提出了一種利用該測試裝置的熱流測試方法。

背景技術

航天器熱平衡試驗時，對瞬態熱流測量要求嚴格，比如著陸器環月高溫周期性瞬態工況、動力下降、月面初始化、巡視器分離等工況均是瞬態工況；巡視器月食工況、和月面感知、移動、探測模式均是瞬態工況。但是現在由于沒有成熟的瞬態熱流測量技術手段，因此都是采取標定的形式進行，存在誤差。航天器熱試驗過程中，用紅外手段模擬外熱流時，需要采用熱流計測量到達星表或者被星表吸收的熱流密度大小，測量穩態外熱流時一般采用黑片絕熱型熱流計或熱屏等溫型熱流計，但是測量瞬態外熱流時，還沒有一種能夠準確迅速測量熱流密度的熱流計。

現有的航天器熱試驗瞬態工況一般采取標定的方式，即標定出電流和熱流計溫度的關系，進行瞬態工況時，直接施加電流。現在的熱試驗中，還沒有一種瞬態特性很好的瞬態熱流計在試驗中使用。現在已有的熱容法瞬態熱流計響應時間慢，動態響應達30s，無法跟蹤變化速率過大的熱流，而且精度較差。

對于熱真空環境下瞬態熱流測量主要有以下幾種：

1)測量敏感片上下兩側的溫差，根據熱流與溫差的正比例關系得到熱流大小。

2)測量敏感片溫度升高幅值，根據比熱容與溫升的乘積關系獲得熱流大小。

3)測量圓形敏感片周圍與中心的溫差，根據熱流與溫差的正比例關系得到熱流的大小。

以上幾種測量瞬態熱流的方法存在不足，第一種方法中溫差變化快慢與敏感片的比熱容大小、表面輻射傳熱系數有關，一般情況下，敏感片比熱容較大、表面輻射傳熱系數較小，溫差變化很難達到10s以下，因此，采用第一種方法作為測量瞬態熱流的方法很難滿足要求。第二種方法的溫升也受制于敏感片的比熱容，即使對溫度求導數計算，也難滿足瞬態熱流變化較大的熱流測量。第三種方法在使用過程中雖然響應時間較快，但是其邊界溫度很難維持，特別是在熱真空環境下使用，其難度較大。因此，為了解決現有測量瞬態熱流計所存在的不足，提出本發明。

發明內容

本發明解決的技術問題提供一種動態響應時間快、結構緊湊、精度高的瞬態熱流計，并應用于航天器的真空熱試驗中。本發明能夠顯著縮短響應時間并得到高精度瞬態熱流計測量結果，為航天器的真空熱試驗提供技術保障。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種熱真空環境下使用的瞬態熱流計，包括腔壁溫度恒定的等溫腔體，等溫腔體內保持真空環境，等溫腔體的開口上方覆蓋有金屬箔片，金屬箔片上下表面的至少一側上涂覆有絕緣層，絕緣層上方通過鍍膜法交錯設置有銅層和鎳層，銅層與鎳層之間形成結合界面，金屬箔片的上下表面分別涂覆發射率不同的兩種材料，兩種材料直接涂覆在金屬箔片上或者涂覆在銅層和鎳層上，發射率不同的兩種材料在銅層和鎳層上交錯形成發射率不同的涂層一和涂層二，涂層一和涂層二之間也形成結合界面，分別覆蓋銅層與鎳層的結合界面并以對應位置的結合界面為對稱線對稱分布，金屬箔片上表面的涂層一、涂層二分別對應于金屬箔片下表面的涂層二和涂層一，其中，兩端的銅層外側分別連接有引線，等溫腔體的外側設置有測量其溫度的溫度傳感器。

進一步地，引線連接有電勢采集裝置；

進一步地，所述金屬箔片為不銹鋼箔或銅箔或鋁箔；

進一步地，所述鍍膜法包括磁控濺射鍍膜、離子束鍍膜、射頻鍍膜；

進一步地，所述涂覆包括黑漆(S721-SR107等)、白漆(S781等)、灰漆(S956灰漆)等高吸收率的材料，金屬漆(S781鋁粉漆)等低發射率材料。

其中，兩種材料之一為黑漆、白漆或灰漆；另一種為鋁粉漆。

其中，等溫腔體的材料包括鋁、銅、銀或其合金。

其中，金屬箔片的上下表面一側上設置有絕緣層，一側上未設絕緣層。

一種利用上述瞬態熱流計測量熱流的方法，包括如下步驟：

1)首先進行瞬態熱流計的標定工作，標定熱流計時，先將等溫盒去除，將瞬態熱流計中的帶有鍍膜、涂層的金屬箔片兩側分別正對兩個黑體腔的出口，分別距離黑體腔出口1～5mm；

2)將瞬態熱流計引出的兩銅線分別接入電勢采集裝置的正負極；