[發(fā)明專利]一種瞬態(tài)熱流傳感器及其測(cè)試方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010961672.4
• 申請(qǐng)日: 2020-09-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111947882A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王輝;程光輝;吳東;朱新新;楊凱;朱濤;楊遠(yuǎn)劍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心超高速空氣動(dòng)力研究所
• 主分類號(hào): G01M9/06
• 分類號(hào): G01M9/06;G01M9/04;G01K17/00;G01K19/00
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11369
• 代理人: 賈曉燕

本發(fā)明公開(kāi)了一種瞬態(tài)熱流傳感器及其測(cè)試方法，包括：基于一維傳熱假設(shè)，構(gòu)建了一種帶封裝結(jié)構(gòu)和傳熱體徑向通孔測(cè)溫的瞬態(tài)熱流傳感器；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)所測(cè)溫度?時(shí)間數(shù)據(jù)，提出了一種結(jié)合熱容吸熱和一維半無(wú)限體傳熱的混合熱流測(cè)試方法。本發(fā)明的瞬態(tài)熱流傳感器結(jié)構(gòu)可以避免測(cè)溫點(diǎn)暴露在高溫強(qiáng)沖刷流場(chǎng)中，提高了使用壽命；同時(shí)，本發(fā)明所給出的混合熱流測(cè)試方法保證了熱流傳感器良好的瞬態(tài)響應(yīng)特性，使其可以應(yīng)用在超高熱流環(huán)境快速測(cè)試。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高超聲速器地面防熱試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于混合測(cè)熱的瞬態(tài)熱流傳感器及其測(cè)試方法。

背景技術(shù)

在氣動(dòng)熱與熱防護(hù)試驗(yàn)中，電弧風(fēng)洞和自由射流電弧加熱器試驗(yàn)設(shè)備是重要的高超聲速飛行器熱防護(hù)材料與防熱結(jié)構(gòu)地面考核與評(píng)估的重要地面模擬試驗(yàn)設(shè)備。其中，針對(duì)尖銳前緣和超高熱流試驗(yàn)環(huán)境，熱流參數(shù)常采用瞬態(tài)測(cè)試方法。在高超聲速地面模擬防熱試驗(yàn)超高溫、高沖刷電弧流場(chǎng)中傳感器外表面溫度用熱電偶直接測(cè)試往往是非常困難的。因此，常用的零點(diǎn)量熱計(jì)利用內(nèi)腔“零點(diǎn)”位置溫度間接獲得一維半無(wú)限體傳熱體前表面溫度-時(shí)間數(shù)據(jù)，并由此計(jì)算出前表面輸入熱流。但存在如下困難：1)由于內(nèi)腔孔徑小于1mm、長(zhǎng)徑比大于10且是盲孔，因此機(jī)械加工難度大，很難滿足內(nèi)腔底部幾何尺寸加工精度要求；2)為了實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)熱流測(cè)試，常常采用高導(dǎo)熱系數(shù)的無(wú)氧銅(純銅)作為熱流傳感器傳熱體，但會(huì)帶來(lái)熱電偶接點(diǎn)很難在空腔底部直接進(jìn)行冶金融化焊接問(wèn)題。因此，常采用釬焊膏焊接方式，但存在較大的接觸熱阻以及釬焊位置偏差大。上述問(wèn)題直接導(dǎo)致零點(diǎn)量熱計(jì)加工質(zhì)量難以控制，響應(yīng)時(shí)間慢以及測(cè)試誤差大(甚至達(dá)到20％)，影響其有效應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題和/或缺陷，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種瞬態(tài)熱流傳感器，包括：

熱流傳感器封裝外殼體，其為T型結(jié)構(gòu)；所述熱流傳感器封裝外殼體的內(nèi)部具有T型容納通腔；

熱流傳感器本體，其包括：

無(wú)氧銅傳熱體，其設(shè)置在T型容納通腔內(nèi)，所述無(wú)氧銅傳熱體的前端開(kāi)設(shè)有徑向通孔；所述無(wú)氧銅傳熱體的前端部與T型容納通腔的較小端前緣保持過(guò)渡配合且與無(wú)氧銅傳熱體的前端面齊平；所述無(wú)氧銅傳熱體的后段一體成型設(shè)置有無(wú)氧銅傳熱體法蘭盤；且所述無(wú)氧銅傳熱體法蘭盤位于T型容納通腔的較大端；所述無(wú)氧銅傳熱體法蘭盤固定在上層氧化鋯墊圈和下層氧化鋯墊圈之間；

兩根單孔剛玉管，其分別位于無(wú)氧銅傳熱體和熱流傳感器封裝外殼體內(nèi)壁之間，且兩根單孔剛玉管穿過(guò)無(wú)氧銅傳熱體法蘭盤；兩根單孔剛玉管的前端部均低于無(wú)氧銅傳熱體的徑向通孔；

過(guò)渡連接部件，其上端連接在上層氧化鋯墊圈和熱流傳感器封裝外殼體內(nèi)壁之間；且所述過(guò)渡連接部件的上端與熱流傳感器封裝外殼體的內(nèi)壁可拆卸連接；

尾蓋，其與過(guò)渡連接部件可拆卸連接，且所述過(guò)渡連接部件的下端連接在下層氧化鋯墊圈和尾蓋內(nèi)壁之間；

依次可拆卸連接在尾蓋的后端面上的云母墊片和不銹鋼壓片，所述云母墊片和不銹鋼壓片上均設(shè)置有無(wú)絕緣層對(duì)接型熱電偶絲和無(wú)氧銅傳熱體穿出的通孔；所述兩根單孔剛玉管的末端位于云母墊片的通孔內(nèi)；

其中，無(wú)絕緣層對(duì)接型熱電偶絲穿過(guò)徑向通孔，使其測(cè)溫接點(diǎn)位于徑向通孔中間位置并保持緊配合；在無(wú)氧銅傳熱體徑向通孔兩側(cè)出口外部裸露的對(duì)接型熱電偶絲分別從兩根單孔剛玉管穿過(guò)，并用高溫環(huán)氧樹(shù)脂膠在不銹鋼壓片出口位置將其固定。

優(yōu)選的是，所述熱流傳感器封裝外殼體為T型圓柱結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的是，所述的無(wú)氧銅傳熱體為變直徑的圓柱體形的結(jié)構(gòu)，從前段到后部直徑分別為Φ2.4mm、Φ2mm、Φ2.5mm和Φ2mm，總長(zhǎng)40mm；所述無(wú)氧銅傳熱體徑向通孔的內(nèi)徑為Φ0.2mm；所述無(wú)氧銅傳熱體前端部與T型容納通腔的較小端前緣保持過(guò)渡配合的臺(tái)階高度為0.3mm。