[发明专利]一种基于分层温度响应的组合式热流密度传感器及测量方法

说明书

本发明涉及一种基于分层温度响应的组合式热流密度传感器及测量方法，属于高温高速气体对流传热和辐射传热热流密度测量技术领域。本发明利用组合式柱塞传感结构与绝热套筒满足半无限大物体第二类边界条件假设，得到不同位置的瞬态热流密度响应解析表达式。对材料的温度响应型面无特殊要求，传感器材料的选择范围宽，能够可靠测量的环境范围大，且传感器可长时间暴露于测试环境中。通过多柱塞和多热电偶设计得到不同位置温度响应，获得多部位热流密度测量结果，消除单一热电偶数据丢失导致测量失效的风险。

技术领域

本发明涉及一种基于分层温度响应的组合式热流密度传感器及测量方法，属于高温高速气体对流传热和辐射传热热流密度测量技术领域，具体为一种非烧蚀可重复使用非烧蚀热防护结构，主要用于高超声速飞行器飞行环境热流密度测量、电弧风洞环境加热热流密度测量、高温高速气体对流环境热流密度测量和石英灯或碳灯辐射加热热流密度测量等。

背景技术

高温高速气体对流传热和辐射传热热流密度测量，是航空航天及其它工业领域重要的基础参数测量，其测量精度与测试范围关系航空航天飞行器结构设计安全性，工业设备节能设计与安全生产。

现有高温高速气体对流传热等温度测量通常采用紫铜柱塞式热流密度传感器，受紫铜温度所限，传感器无法长时间置于高温高速气流中且测量数据严重依赖温度响应曲线的线性度，导致传感器测试范围及测量精度严重受限。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于分层温度响应的组合式热流密度传感器及测量方法，该热流密度传感器能够克服现有紫铜柱塞式热流密度传感器的不足，为一种用于高超声速飞行器飞行环境热流密度测量、电弧风洞环境加热热流密度测量、高温高速气体对流环境热流密度测量和石英灯或碳灯辐射加热热流密度测量的分层温度响应的组合式热流密度传感器。

本发明的技术解决方案是：

一种基于分层温度响应的组合式热流密度传感器，该热流密度传感器包括：绝热套筒、端盖、尾盖和若干组组合件；

所述的组合件包括热电偶和柱塞，热电偶的测点位置与柱塞固定连接；

所述的尾盖带有中心孔；

通过端盖和尾盖将若干组组合件固定在绝热套筒内，且组合件中的热电偶穿过尾盖的中心孔。

所述的绝热套筒的顶端带有限位环，所述的绝热套筒的底端内壁带有螺纹。

所述的端盖为带有凸台的圆柱；所述的绝热套筒的顶端的限位环与所述的端盖的凸台相匹配。

所述的尾盖为带有中心孔的螺柱，所述的绝热套筒的底端内壁的螺纹与尾盖的螺纹相匹配。

所述的组合件为三个，包括上组合件、中组合件和下组合件；

所述的上组合件包括上层热电偶和上层柱塞；

所述的中组合件包括中层热电偶和中层柱塞；

所述的下组合件包括下层热电偶和下层柱塞。

所述的中组合件位于下组合件的上方，所述的上组合件位于所述的中组合件的上方，且上组合件、中组合件和下组合件均位于绝热套筒内。

所述的上层热电偶的测点位置与上层柱塞的中心位置通过焊接或粘接的方式固定连接，且上层热电偶穿过尾盖的中心孔；

所述的中层热电偶的测点位置与中层柱塞的中心位置通过焊接或粘接的方式固定连接；且中层热电偶穿过尾盖的中心孔；

所述的下层热电偶的测点位置与下层柱塞的中心位置通过焊接或粘接的方式固定连接；且下层热电偶穿过尾盖的中心孔。