CN108871599A - 一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地面防热试验技术领域，具体公开了一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器。该传感器中圆柱体结构的感应元件底部开有两个盲孔，且两个盲孔与上表面的厚度存在差异，铠装K型热电偶Ⅰ以及铠装K型热电偶Ⅱ分别焊接在感应元件中的盲孔底部；无氧铜热沉体上端为圆柱体基体结构，其上开有与感应元件中盲孔相匹配的通孔，无氧铜热沉体穿过铠装K型热电偶Ⅰ以及铠装K型热电偶Ⅱ，并与感应元件底部固定连接，圆柱套套在感应元件外部，并与无氧铜热沉体中基体固定连接，并在圆柱套与感应元件之间形成环状间隙。该传感器测温点没有暴露于高温流场中，能够应用于高温、强气流冲刷的流场测试环境中，满足较高空间分辨率及短时热流分布测试。
Description
技术领域
本发明属于地面防热试验技术领域，具体涉及一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器。
背景技术
高超声速飞行器在大气层内飞行时，与周围空气相互作用会在飞行器表面形成高温边界层，给飞行器的结构、材料施加了巨大的气动热载荷，严重影响飞行器的结构安全和寿命。为了有效筛选、评估与鉴定飞行器防热材料及结构防热特性，电弧风洞及电弧加热器常作为重要的气动热与热防护地面模拟试验平台。目前，常用于电弧风洞及电弧加热器试验瞬态热流测量的塞式量热计，由于温升导致热损失增大而使其有效测试时间限制在第0.5秒至第1秒内；而用于稳态热流测试的水卡量热计响应时间一般大于等于5秒，都无法满足试验开始后5秒内较短时间段内热流参数测试要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器，其能够适用于高超声速飞行器地面模拟防热试验及被动防热超燃冲压发动机地面试验中短时间内热流测量，满足第2～5秒特定测试时间段、直径不大于6mm的小型热沉式热流传感器。
本发明的技术方案如下：一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器，该传感器包括感应元件、无氧铜热沉体、铠装K型热电偶Ⅰ以及铠装K型热电偶Ⅱ，其中，圆柱体结构的感应元件底部开有两个盲孔，且两个盲孔与上表面的厚度存在差异，铠装K型热电偶Ⅰ以及铠装K型热电偶Ⅱ分别焊接在感应元件中的盲孔底部；无氧铜热沉体上端为圆柱体基体结构，其上开有与感应元件中盲孔相匹配的通孔，无氧铜热沉体穿过铠装K型热电偶Ⅰ以及铠装K型热电偶Ⅱ，并与感应元件底部固定连接，圆柱套套在感应元件外部，并与无氧铜热沉体中基体固定连接，并在圆柱套与感应元件之间形成环状间隙。
所述的无氧铜热沉体下端为与上端圆柱体基体一体成型的安装法兰盘结构；无氧铜紧固座固定安装在无氧铜热沉体下端安装法兰盘的中心，使无氧铜紧固座上所开的通孔与无氧铜热沉体上的通孔相对应，在无氧铜紧固座侧壁上安装有紧固螺钉用于固定铠装K型热电偶Ⅰ以及铠装K型热电偶Ⅱ。
所述的圆柱套与感应元件之间形成0.1mm的环状间隙。
所述的感应元件为直径Φ3mm的圆柱体结构。
所述的感应元件底部开有两个直径Φ0.7mm的盲孔。
所述的感应元件两个盲孔与上表面的厚度分别为1.0mm和3.0mm。
所述的感应元件为不锈钢材料、无氧铜或康铜材料。
所述的圆柱套的外直径为6mm。
所述的圆柱套为不锈钢圆柱套。
所述的无氧铜紧固座与无氧铜热沉体一体加工或者通过高温环氧树脂进行固定粘接。
本发明的显著效果在于：本发明所述的一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器，该测温点没有暴露于高温流场中，因此能够应用于高温、强气流冲刷的流场测试环境中，能够满足较高空间分辨率及短时(5秒内)热流分布测试；且该结构简单，通过仿真分析与热流传感器标定实验结果都显示能够满足较短测试时间段要求；传感器外径小于等于6mm，达到传感器尺寸要求的预期目标。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器结构示意图；
图中：1、感应元件；2、无氧铜热沉体；3、无氧铜紧固座；4、铠装K型热电偶Ⅰ；5、铠装K型热电偶Ⅱ；6、紧固螺钉；7、圆柱套。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器，包括感应元件1、无氧铜热沉体2、铠装K型热电偶Ⅰ4以及铠装K型热电偶Ⅱ5，其中，感应元件1为直径Φ3mm的圆柱体结构，并在感应元件1底部开两个直径Φ0.7mm的盲孔，且两个盲孔与上表面的厚度分别为1.0mm和3.0mm，并利用银钎焊膏分别将铠装K型热电偶Ⅰ4以及铠装K型热电偶Ⅱ5分别焊接在感应元件1中两个盲孔底部，其中，感应元件1为不锈钢材质、无氧铜或者康铜等类似的感应元件材料；无氧铜热沉体2为上端圆柱体基体、下端安装法兰盘结构，在其内部开有与感应元件1两个盲孔相匹配的通孔，无氧铜热沉体2穿过铠装K型热电偶Ⅰ4以及铠装K型热电偶Ⅱ5型热电偶，并使其上端圆柱体基体与感应元件1通过银钎焊焊接固定；外直径Φ6mm的圆柱套7套在感应元件1与无氧铜热沉体2上，使圆柱套7与无氧铜热沉体2固定连接，并在圆柱套7与感应元件1之间形成0.1mm的环状间隙；无氧铜紧固座3固定安装在无氧铜热沉体2安装法兰盘的中心，使无氧铜紧固座3上所开的通孔与无氧铜热沉体2上的通孔相对应，其中，无氧铜紧固座3与无氧铜热沉体2一体加工或者通过高温环氧树脂进行固定粘接；在无氧铜紧固座3侧壁上安装有紧固螺钉6用于固定铠装K型热电偶Ⅰ4以及铠装K型热电偶Ⅱ5。
Claims (10)
1.一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器，其特征在于：该传感器包括感应元件(1)、无氧铜热沉体(2)、铠装K型热电偶Ⅰ(4)以及铠装K型热电偶Ⅱ(5)，其中，圆柱体结构的感应元件(1)底部开有两个盲孔，且两个盲孔与上表面的厚度存在差异，铠装K型热电偶Ⅰ(4)以及铠装K型热电偶Ⅱ(5)分别焊接在感应元件(1)中的盲孔底部；无氧铜热沉体(2)上端为圆柱体基体结构，其上开有与感应元件(1)中盲孔相匹配的通孔，无氧铜热沉体(2)穿过铠装K型热电偶Ⅰ(4)以及铠装K型热电偶Ⅱ(5)，并与感应元件(1)底部固定连接，圆柱套(7)套在感应元件(1)外部，并与无氧铜热沉体(2)中基体固定连接，并在圆柱套(7)与感应元件(1)之间形成环状间隙。
2.根据权利要求1所述的一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器，其特征在于：所述的无氧铜热沉体(2)下端为与上端圆柱体基体一体成型的安装法兰盘结构；无氧铜紧固座(3)固定安装在无氧铜热沉体(2)下端安装法兰盘的中心，使无氧铜紧固座(3)上所开的通孔与无氧铜热沉体(2)上的通孔相对应，在无氧铜紧固座(3)侧壁上安装有紧固螺钉(6)用于固定铠装K型热电偶Ⅰ(4)以及铠装K型热电偶Ⅱ(5)。
3.根据权利要求1所述的一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器，其特征在于：所述的圆柱套(7)与感应元件(1)之间形成0.1mm的环状间隙。
4.根据权利要求1所述的一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器，其特征在于：所述的感应元件(1)为直径Φ3mm的圆柱体结构。
5.根据权利要求1所述的一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器，其特征在于：所述的感应元件(1)底部开有两个直径Φ0.7mm的盲孔。
6.根据权利要求1所述的一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器，其特征在于：所述的感应元件(1)两个盲孔与上表面的厚度分别为1.0mm和3.0mm。
7.根据权利要求1～6任意所述的基于非稳态传热模型的新型热流传感器，其特征在于：所述的感应元件(1)为不锈钢材料、铜或康铜材料。
8.根据权利要求1所述的一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器，其特征在于：所述的圆柱套(7)的外直径为6mm。
9.根据权利要求1或8所述的一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器，其特征在于：所述的圆柱套(7)为不锈钢圆柱套。
10.根据权利要求2所述的一种基于非稳态传热模型的新型热流传感器，其特征在于：所述的无氧铜紧固座(3)与无氧铜热沉体(2)一体加工或者通过高温环氧树脂进行固定粘接。
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