[发明专利]一种燃烧室室壁温度梯度测量模块

说明书

本发明属于温度测量技术领域，具体涉及一种液体火箭发动机燃烧室喷管段室壁温度梯度测量模块。该模块为环形结构，包括环形压板、5支热电偶传感器、弹簧、挡片、绝热衬套、支撑套；每支热电偶传感器感温端处均焊接有圆盘形挡片，热电偶传感器在挡片上部的一端穿过支撑套和弹簧，支撑套套入弹簧内，一并套入环形压板中，热电偶传感器在挡片以下部分穿入绝热衬套中。本发明可对燃烧室喷管段某一横截面内的冷却通道内壁结构温度进行测量，从而获得当地的热流、气壁温、外壁温等参数。

技术领域

本发明属于温度测量技术领域，具体涉及一种液体火箭发动机燃烧室喷管段室壁温度梯度测量模块。

背景技术

液体火箭发动机燃烧室内的工质是3000K以上的高压燃气，为了避免室壁发生烧蚀破坏，在燃烧室内壁和外壁之间设置有铣槽式通道，引入低温流体对室壁结构进行冷却。燃烧室喷管段室壁的最高热流密度可以达到上百MW/m2，结构材料承受的温差往往达到几百K以上，且沿不同轴向位置热流变化剧烈，工作环境极其恶劣，是燃烧室最容易发生失效的部位。因此，摸清推力室内的传热过程是进行合理的热防护设计从而保证燃烧室可靠工作乃至提高发动机性能的最重要前提之一。

燃烧室传热过程研究的途径包括热试验和仿真计算，两者相辅相成，关键在于传热试验中获得热流、气壁温等有价值测量数据。而由于铣槽式冷却结构的肋宽、壁厚均很薄(肋宽通常为1～2mm，壁厚一般只有0.6～1mm)，很难在结构中布置普通传感器对热流密度、气壁温等参数进行直接测量。

传统量热式缩比燃烧室只能获得某一区段内的平均热流，而受燃烧室内型面收缩扩张的影响，热流沿轴向不同位置变化剧烈，热流沿轴向不同位置不尽相同，这样就造成平均热流无法准确反映实际的当地热流，且由于采用分段水冷身部，冷却剂侧结构、传热状态与全尺寸时相差较大，这种方法测量值的应用误差较大。在内壁埋入热电偶的方法虽然可以直接测得气壁温度，但由于埋热电偶的加工浅槽的深度一般达到0.5以上，而在此深度方向上结构温度变化可能到几十K，测得的气壁温值准确度不太高。且由于插入传感器时需要在内外壁上加工通孔，还需要内壁浅槽表面电镀铜层保证密封，不但工艺复杂，而且容易出现缺陷。以往燃烧室外壁温的测量是通过在外壁面点焊热电偶进行测量，从实际情况来看，受外界热环境、振动环境等因素影响，测量结果常常出现存在毛刺、失真等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液体火箭发动机燃烧室喷管段室壁温度梯度测量模块，可对燃烧室喷管段某一横截面内的冷却通道内壁结构温度进行测量，从而获得当地的热流、气壁温、外壁温等参数。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种燃烧室室壁温度梯度测量模块，该模块为环形结构，包括环形压板、5支热电偶传感器、弹簧、挡片、绝热衬套、支撑套；每支热电偶传感器感温端处均焊接有圆盘形挡片，热电偶传感器在挡片上部的一端穿过支撑套和弹簧，支撑套套入弹簧内，一并套入环形压板中，热电偶传感器在挡片以下部分穿入绝热衬套中。

所述的环形压板为部分圆环板式结构，部分圆环的两端沿圆环径向均加工有马蹄形缺口，缺口宽度n比螺柱外径大，缺口内侧为半圆柱面，两缺口半圆柱面中心夹角α，每个缺口同一侧的板体上加工出Md3大小的螺纹通孔；在两马蹄形缺口之间均匀布置5个轴线夹角为β、直径为Фd1的径向盲孔，盲孔深度为Ld1，每个盲孔的底部对应一个同轴的直径为Фd2的小通孔，且垂直于盲孔轴线方向向板的一侧加工出宽度d2的通槽；d2比所装配的热电偶传感器直径大，d1比弹簧外径大，Ld1需小于弹簧压缩后的长度；螺柱上半部加工有螺纹，底端插入燃烧室外壁上加工的盲孔中，并焊接固定，螺柱焊接后的夹角为α，与环形压板两缺口半圆柱面中心夹角相同。

被测量的燃烧室在喷管段外壁和内壁上加工5个沉头盲孔，沉头盲孔中的大孔只位于外壁中；5个盲孔中心线夹角为β，分别对应着内壁上的相邻5个肋片的中心；盲孔深度控制根据孔底距离内壁面的距离L1～L5来确定，L1、L2、L3、L4为逐渐增加的等差数列。