CN108362403B - 一种一体式测温驻点水卡量热计结构 - Google Patents

一种一体式测温驻点水卡量热计结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一体式测温驻点水卡量热计结构，包括驻点测温通道、水卡冷却水入口、水卡冷却水出口、隔热缝隙、水卡冷却通道、球头冷却水入口、球头冷却水出口、球头冷却水通道和球头本体，冷却水入口和出口均为孔，在量热计底部中心设置测温孔，在测温孔四周设置冷却水入水和出水口，入水口与出水口之间设有水流通道，在水卡冷却通道和球头冷却通道之间设有隔热缝隙。本发明通过一体式结构设计，克服了传统水卡量热计的装配难题和误差；通过设置测温通道，弥补了传统的水卡无法测量驻点温度的缺陷；通过在水卡冷却通道和球头冷却通道之间设有隔热缝隙，改善了三维传热效应，提高了水卡的测量精度。

Description

一种一体式测温驻点水卡量热计结构
技术领域
本发明涉及一种一体式测温驻点水卡量热计结构，属于航空航天气动热防护技术领域。
背景技术
高速飞行器在大气层中飞行时，会遇到显著的气动加热问题，这就需要采取适当措施对飞行器进行热防护，以保证其飞行安全。临近空间飞行器采用高升阻比气动外形，长时间在大气层内做机动飞行，其结构具有薄层轻质的特点，因此要对防热提出严格的要求，需要采用低冗余度热防护设计。这就要求地面防热试验环境要具备较高的准确度和可重复性。
在模拟的防热试验参数中，模型表面的热流密度是决定模型表面烧蚀状态和总加热量的重要依据，且在防热结构低冗余度设计的情况下，模型表面热流密度测量的准确度和可重复性则直接影响到微烧蚀材料的抗烧蚀性能和隔热性能。对于高热流密度的测量，瞬态量热计满足不了要求，需要采用稳态测量，其中，水卡量热计是目前应用主要稳态测量热流的测试方法。
传统的水卡量热计由各个小部件组装而成，安装和匹配误差会对测量精度造成很大影响；传统的水卡量热计由于结构设计的限制，无法直接测量驻点温度，另外，传统的水卡由于结构设计和装配的因素，存在较大三维传热效应，对测量造成了较大的误差，因此，需要对现有的传统水卡量热计进行改进和重新设计。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种一体式测温驻点水卡量热计结构，通过一体式结构设计，克服了传统水卡量热计的装配难题和误差；通过设置测温通道，弥补了传统的水卡无法测量驻点温度的缺陷；通过在水卡冷却水通道和球头冷却水通道之间设有隔热缝隙，改善了三维传热效应，提高了水卡的测量精度。
本发明的技术解决方案是：
一种一体式测温驻点水卡量热计结构，包括驻点测温通道、水卡冷却水入口、水卡冷却水出口、水卡冷却水通道、隔热缝隙、球头冷却水入口、球头冷却水出口、球头冷却水通道和球头本体；
球头本体为半球状头部和圆柱状尾部一体成型，球头本体轴向穿设有驻点测温通道，球头本体尾部端面上分别设有水卡冷却水入口、水卡冷却水出口、球头冷却水入口和球头冷却水出口；球头本体头部内设有水卡冷却水通道、隔热缝隙和球头冷却水通道；
驻点测温通道、水卡冷却水入口、水卡冷却水出口、球头冷却水入口和球头冷却水出口均为圆孔，水卡冷却水通道两端分别与水卡冷却水入口和水卡冷却水出口固定连接；球头冷却水通道两端分别与球头冷却水入口和球头冷却水出口固定连接；水卡冷却水通道和球头冷却水通道之间设有隔热缝隙。
在上述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构中，所述水卡冷却水入口半径、水卡冷却水通道最小截面等效半径、水卡冷却水出口的半径比设为1:0.8:1.2。
在上述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构中，所述球头冷却水入口半径、球头冷却水通道最小截面等效半径、球头冷却水出口的半径比设为1:0.8:1.2。
在上述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构中，所述水卡冷却水入口的半径范围设为1.5～5mm。
在上述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构中，所述球头冷却水入口的半径范围设为1.5～5mm。
在上述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构中，所述球头本体的半径范围设为15～50mm。
在上述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构中，所述水卡冷却水入口和水卡冷却水出口之间通过水卡冷却水通道连通。
在上述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构中，所述水卡冷却水入口和水卡冷却水出口的端面距离设为20mm。
在上述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构中，所述球头冷却水入口和球头冷却水出口之间通过球头冷却水通道连通。
在上述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构中，所述球头冷却水入口和球头冷却水出口的端面距离设为20mm。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
【1】本发明的结构为一体式设计结构，有效避免了安装和装配误差带来的测量误差；而且结构精巧，简洁高效、通用便捷，特别适用于电弧加热试验中的较高驻点热流密度的实时测量。
【2】本发明设置了测温通道，能在测量驻点热流密度的同时获取驻点的表面温度，评估不同壁面温度对热流测量结果的影响；并且在水卡冷却水通道和球头冷却水通道之间设有隔热缝隙，改善了三维传热效应，提高了水卡的测量精度。
【3】本发明整体结构紧凑，适用于多种工作环境，使用寿命相对较长，在复杂工况下依然能够良好运转，具有适用范围广的特点，具备良好的市场应用前景。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明示意图A
图2为本发明示意图B
图3为本发明剖视图A
图4为本发明剖视图B
其中：1驻点测温通道；2水卡冷却水入口；3水卡冷却水出口；4水卡冷却水通道；5隔热缝隙；6球头冷却水入口；7球头冷却水出口；8球头冷却水通道；9球头本体；
具体实施方式
为使本发明的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1～4所示，一种一体式测温驻点水卡量热计结构，包括驻点测温通道1、水卡冷却水入口2、水卡冷却水出口3、水卡冷却水通道4、隔热缝隙5、球头冷却水入口6、球头冷却水出口7、球头冷却水通道8和球头本体9；
球头本体9为半球状头部和圆柱状尾部一体成型，球头本体9轴向穿设有驻点测温通道1，球头本体9尾部端面上分别设有水卡冷却水入口2、水卡冷却水出口3、球头冷却水入口6和球头冷却水出口7；球头本体9头部内设有水卡冷却水通道4、隔热缝隙5和球头冷却水通道8；
驻点测温通道1、水卡冷却水入口2、水卡冷却水出口3、球头冷却水入口6和球头冷却水出口7均为圆孔，水卡冷却水通道4两端分别与水卡冷却水入口2和水卡冷却水出口3固定连接；球头冷却水通道8两端分别与球头冷却水入口6和球头冷却水出口7固定连接；水卡冷却水通道4和球头冷却水通道8之间设有隔热缝隙5。
优选的，水卡冷却水入口2半径、水卡冷却水通道4最小截面等效半径、水卡冷却水出口3的半径比设为1:0.8:1.2。
优选的，球头冷却水入口6半径、球头冷却水通道8最小截面等效半径、球头冷却水出口7的半径比设为1:0.8:1.2。
优选的，水卡冷却水入口2的半径范围设为1.5～5mm。
优选的，球头冷却水入口6的半径范围设为1.5～5mm。
优选的，球头本体9的半径范围设为15～50mm。
优选的，水卡冷却水入口2和水卡冷却水出口3之间通过水卡冷却水通道4连通。
优选的，水卡冷却水入口2和水卡冷却水出口3的端面距离设为20mm。
优选的，球头冷却水入口6和球头冷却水出口7之间通过球头冷却水通道8连通。
优选的，球头冷却水入口6和球头冷却水出口7的端面距离设为20mm。
优选的，驻点测温通道1的半径范围设3mm。
优选的，水卡冷却水入口2的半径范围设为2mm。
优选的，水卡冷却水出口3的半径范围设2.4mm。
优选的，水卡冷却水通道4的最小截面等效半径设为1.6mm。
优选的，球头冷却水入口6的半径范围设为2mm。
优选的，球头冷却水出口7的半径范围设2.4mm。
优选的，球头冷却水通道8的最小截面等效半径设为1.6mm。
本发明的工作原理是：
当利用本实施例测量驻点热流密度时，将冷却液注入水卡冷却水入口2，冷却液通过水卡冷却水通道4从水卡冷却水出口3排出，测量水卡冷却水的水流量和水温升即可得到驻点的热流密度值。同时，将冷却液注入球头冷却水入口6，冷却液通过球头冷却水通道8从球头冷却水出口7排出，以冷却球头本体9。
本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种一体式测温驻点水卡量热计结构，其特征在于：包括驻点测温通道(1)、水卡冷却水入口(2)、水卡冷却水出口(3)、水卡冷却水通道(4)、隔热缝隙(5)、球头冷却水入口(6)、球头冷却水出口(7)、球头冷却水通道(8)和球头本体(9)；
球头本体(9)为半球状头部和圆柱状尾部一体成型，球头本体(9)轴向穿设有驻点测温通道(1)，球头本体(9)尾部端面上分别设有水卡冷却水入口(2)、水卡冷却水出口(3)、球头冷却水入口(6)和球头冷却水出口(7)；球头本体(9)头部内设有水卡冷却水通道(4)、隔热缝隙(5)和球头冷却水通道(8)；
驻点测温通道(1)、水卡冷却水入口(2)、水卡冷却水出口(3)、球头冷却水入口(6)和球头冷却水出口(7)均为圆孔，水卡冷却水通道(4)两端分别与水卡冷却水入口(2)和水卡冷却水出口(3)固定连接；球头冷却水通道(8)两端分别与球头冷却水入口(6)和球头冷却水出口(7)固定连接；水卡冷却水通道(4)和球头冷却水通道(8)之间设有隔热缝隙(5)；
将冷却液注入水卡冷却水入口(2)，冷却液通过水卡冷却水通道(4)从水卡冷却水出口(3)排出，测量水卡冷却水的水流量和水温升即可得到驻点的热流密度值；同时，将冷却液注入球头冷却水入口(6)，冷却液通过球头冷却水通道(8)从球头冷却水出口(7)排出，以冷却球头本体(9)。
2.根据权利要求1所述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构，其特征在于：所述水卡冷却水入口(2)半径、水卡冷却水通道(4)最小截面等效半径、水卡冷却水出口(3)的半径比设为1:0.8:1.2。
3.根据权利要求1所述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构，其特征在于：所述球头冷却水入口(6)半径、球头冷却水通道(8)最小截面等效半径、球头冷却水出口(7)的半径比设为1:0.8:1.2。
4.根据权利要求1所述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构，其特征在于：所述水卡冷却水入口(2)的半径范围设为1.5～5mm。
5.根据权利要求1所述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构，其特征在于：所述球头冷却水入口(6)的半径范围设为1.5～5mm。
6.根据权利要求1所述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构，其特征在于：所述球头本体(9)的半径范围设为15～50mm。
7.根据权利要求1所述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构，其特征在于：所述水卡冷却水入口(2)和水卡冷却水出口(3)之间通过水卡冷却水通道(4)连通。
8.根据权利要求1所述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构，其特征在于：所述水卡冷却水入口(2)和水卡冷却水出口(3)的端面距离设为20mm。
9.根据权利要求1所述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构，其特征在于：所述球头冷却水入口(6)和球头冷却水出口(7)之间通过球头冷却水通道(8)连通。
10.根据权利要求1所述的一种一体式测温驻点水卡量热计结构，其特征在于：所述球头冷却水入口(6)和球头冷却水出口(7)的端面距离设为20mm。
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