[发明专利]一种三级隔热式热流计

说明书

技术领域

本发明属于航天器热控制技术领域，特别涉及一种用于实现对热平衡试验中所模拟红外热流的三级隔热式热流计。

背景技术

航天器热平衡试验是验证航天器热设计的重要手段。在航天器热平衡试验中，通常采用红外灯或红外笼模拟航天器所吸收的空间外热流。决定热平衡试验有效性的关键因素之一在于红外辐射热流的测量精度。目前型号热平衡试验中所使用的热流计有两种：一种是多层隔热式绝热型热流计，另外一种是热屏等温型热流计。

多层隔热式绝热型热流计在应用中存在的主要问题有：1)测量精度一般；2)热流计个体差异较明显；3)热流计重复使用率低；4)热流计安装方式复杂。热屏等温型热流计在应用中存在的主要问题有：1)需定期标定且存在标定误差；2)热流测量系统复杂；3)所需测控温通道较多。鉴于现有热流计存在上述不足，有必要研制一种新型热流计，以提高热流测量精度，以确保航天器热平衡试验的有效性，减小瞬态热试验的复杂程度，简化热平衡试验准备工作，节约型号热平衡试验成本和周期。减少甚至取消标定试验，实现重复使用，简化安装和测量系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种三级隔热式热流计，能够在热平衡试验中实现高精度测量、结构简单、免标定且能重复使用。

本发明的一种三级隔热式热流计，包括敏感面、内胆、外壳、敏感面安装架、内胆安装架、外壳安装架、敏感面热电偶、内胆热电偶、多层隔热组件、黑漆涂层和镀铝膜；

所述外壳和内胆均为一端封闭、一端开口的中空圆柱状结构；所述内胆的开口一端向外延伸出径向凸缘；

所述外壳安装架、内胆安装架以及敏感面安装架均由上、下圆盘以及支撑于两圆盘之间的圆柱组成,其剖面呈“工”字形；

所述外壳安装架安装在舱体表面的热流计安装面上，所述外壳同轴安装于外壳安装架的上圆盘之上；

所述内胆安装架有4个，靠近外壳内表面并以90度间隔分布于外壳封闭一端的底面上；

所述内胆同轴置于所述外壳的空腔内，内胆的径向凸缘由所述4个内胆安装架支撑并与外壳的开口端对应，所述径向凸缘的下表面与外壳的开口的上表面之间留有间隙；内胆下底面与外壳下底面之间有间隙，使内胆外表面与外壳内表面之间形成连通的隔热腔；

所述敏感面安装架同轴置于所述内胆封闭一端的底面上，圆形敏感面安装于所述敏感面安装架之上，敏感面上表面与所述径向凸缘上表面位于同一水平高度；

所述敏感面热电偶安装于敏感面下表面圆心处；内胆热电偶安装于内胆封闭一端的下表面的圆心处；敏感面的外沿与内胆的内表面之间留有间隙；

所述敏感面和敏感面安装架安装成为一体的敏感面组件后，多层隔热组件敷设于敏感面组件的下表面；

所述敏感面上表面、径向凸缘上表面和内胆内表面均涂覆有发射率大于0.85的黑漆涂层；所述内胆外表面和外壳内、外表面均粘贴镀铝膜。

所述内胆安装架、外壳安装架和敏感面安装架均选用聚酰亚胺或玻璃钢材料加工而成。

内胆的径向凸缘宽度≥5mm。

所述敏感面外沿与内胆内侧表面之间间隙范围在0.1mm至1.0mm之间。

所述内胆的径向凸缘下表面与外壳边缘上表面之间间隙范围在0.1mm至1.0mm之间。

所述多层隔热组件包括第一多层隔热组件和第二多层隔热组件，依次敷设在所述敏感面组件的下表面；所述敏感面热电偶的引线紧贴敏感面下表面并绕敏感面安装架上圆盘的外圆盘绕，从第一多层隔热组件穿出后在第一多层隔热组件和第二多层隔热组件之间绕敏感面安装架上圆盘的外圆盘绕，再从第二多层隔热组件穿出，引至内胆封闭一端的圆心处，并从圆心处穿出最后从外壳引出。

所述敏感面热电偶的引线在第一多层隔热组件和第二多层隔热组件之间盘线盘线长度≥50mm。

所述敏感面的厚度小于或等于0.15mm。

所述内胆电热偶的引线紧贴内胆下底面的圆心盘绕，并从外壳封闭一端的开口引出。

本发明的一种三级隔热式热流计的外热流测量方法，利用所述敏感面热电偶测量得到的温度T_m以及内胆热电偶测得的温度T_n，所述外热流大小Q根据如下公式获得：

εσT_m⁴＝Q+a(T_n-T_m)+b(T_n⁴-T_m⁴)