[實用新型]一種基于非穩態傳熱模型的新型熱流傳感器

有效

• 申請號: 201720676568.4
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN207007368U
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 王輝;楊凱;楊慶濤;朱濤;朱新新;周平
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心超高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02;G01K1/14
• 代理公司: 核工業專利中心11007
• 代理人: 李東斌

技術領域

本發明屬于地面防熱試驗技術領域，具體涉及一種基于非穩態傳熱模型的新型熱流傳感器。

背景技術

高超聲速飛行器在大氣層內飛行時，與周圍空氣相互作用會在飛行器表面形成高溫邊界層，給飛行器的結構、材料施加了巨大的氣動熱載荷，嚴重影響飛行器的結構安全和壽命。為了有效篩選、評估與鑒定飛行器防熱材料及結構防熱特性，電弧風洞及電弧加熱器常作為重要的氣動熱與熱防護地面模擬試驗平臺。目前，常用于電弧風洞及電弧加熱器試驗瞬態熱流測量的塞式量熱計，由于溫升導致熱損失增大而使其有效測試時間限制在第0.5秒至第1秒內；而用于穩態熱流測試的水卡量熱計響應時間一般大于等于5秒，都無法滿足試驗開始后5秒內較短時間段內熱流參數測試要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于非穩態傳熱模型的新型熱流傳感器，其能夠適用于高超聲速飛行器地面模擬防熱試驗及被動防熱超燃沖壓發動機地面試驗中短時間內熱流測量，滿足第2～5秒特定測試時間段、直徑不大于6mm的小型熱沉式熱流傳感器。

本發明的技術方案如下：一種基于非穩態傳熱模型的新型熱流傳感器，該傳感器包括感應元件、無氧銅熱沉體、鎧裝K型熱電偶Ⅰ以及鎧裝K型熱電偶Ⅱ，其中，圓柱體結構的感應元件底部開有兩個盲孔，且兩個盲孔與上表面的厚度存在差異，鎧裝K型熱電偶Ⅰ以及鎧裝K型熱電偶Ⅱ分別焊接在感應元件中的盲孔底部；無氧銅熱沉體上端為圓柱體基體結構，其上開有與感應元件中盲孔相匹配的通孔，無氧銅熱沉體穿過鎧裝K型熱電偶Ⅰ以及鎧裝K型熱電偶Ⅱ，并與感應元件底部固定連接，圓柱套套在感應元件外部，并與無氧銅熱沉體中基體固定連接，并在圓柱套與感應元件之間形成環狀間隙。

所述的無氧銅熱沉體下端為與上端圓柱體基體一體成型的安裝法蘭盤結構；無氧銅緊固座固定安裝在無氧銅熱沉體下端安裝法蘭盤的中心，使無氧銅緊固座上所開的通孔與無氧銅熱沉體上的通孔相對應，在無氧銅緊固座側壁上安裝有緊固螺釘用于固定鎧裝K型熱電偶Ⅰ以及鎧裝K型熱電偶Ⅱ。

所述的圓柱套與感應元件之間形成0.1mm的環狀間隙。

所述的感應元件為直徑Φ3mm的圓柱體結構。

所述的感應元件底部開有兩個直徑Φ0.7mm的盲孔。

所述的感應元件兩個盲孔與上表面的厚度分別為1.0mm和3.0mm。

所述的感應元件為不銹鋼材料、無氧銅或康銅材料。

所述的圓柱套的外直徑為6mm。

所述的圓柱套為不銹鋼圓柱套。

所述的無氧銅緊固座與無氧銅熱沉體一體加工或者通過高溫環氧樹脂進行固定粘接。

本發明的顯著效果在于：本發明所述的一種基于非穩態傳熱模型的新型熱流傳感器，該測溫點沒有暴露于高溫流場中，因此能夠應用于高溫、強氣流沖刷的流場測試環境中，能夠滿足較高空間分辨率及短時(5秒內)熱流分布測試；且該結構簡單，通過仿真分析與熱流傳感器標定實驗結果都顯示能夠滿足較短測試時間段要求；傳感器外徑小于等于6mm，達到傳感器尺寸要求的預期目標。

附圖說明

圖1為本發明所述的一種基于非穩態傳熱模型的新型熱流傳感器結構示意圖；

圖中：1、感應元件；2、無氧銅熱沉體；3、無氧銅緊固座；4、鎧裝K型熱電偶Ⅰ；5、鎧裝K型熱電偶Ⅱ；6、緊固螺釘；7、圓柱套。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。

如圖1所示，一種基于非穩態傳熱模型的新型熱流傳感器，包括感應元件1、無氧銅熱沉體2、鎧裝K型熱電偶Ⅰ4以及鎧裝K型熱電偶Ⅱ5，其中，感應元件1為直徑Φ3mm的圓柱體結構，并在感應元件1底部開兩個直徑Φ0.7mm的盲孔，且兩個盲孔與上表面的厚度分別為1.0mm和3.0mm，并利用銀釬焊膏分別將鎧裝K型熱電偶Ⅰ4以及鎧裝K型熱電偶Ⅱ5分別焊接在感應元件1中兩個盲孔底部，其中，感應元件1為不銹鋼材質、無氧銅或者康銅等類似的感應元件材料；無氧銅熱沉體2為上端圓柱體基體、下端安裝法蘭盤結構，在其內部開有與感應元件1兩個盲孔相匹配的通孔，無氧銅熱沉體2穿過鎧裝K型熱電偶Ⅰ4以及鎧裝K型熱電偶Ⅱ5型熱電偶，并使其上端圓柱體基體與感應元件1通過銀釬焊焊接固定；外直徑Φ6mm的圓柱套7套在感應元件1與無氧銅熱沉體2上，使圓柱套7與無氧銅熱沉體2固定連接，并在圓柱套7與感應元件1之間形成0.1mm的環狀間隙；無氧銅緊固座3固定安裝在無氧銅熱沉體2安裝法蘭盤的中心，使無氧銅緊固座3上所開的通孔與無氧銅熱沉體2上的通孔相對應，其中，無氧銅緊固座3與無氧銅熱沉體2一體加工或者通過高溫環氧樹脂進行固定粘接；在無氧銅緊固座3側壁上安裝有緊固螺釘6用于固定鎧裝K型熱電偶Ⅰ4以及鎧裝K型熱電偶Ⅱ5。