CN110823400A - 一种喷管温度及烧蚀量的整体测量装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于传感器测量领域，具体涉及一种喷管温度及烧蚀量的整体测量装置及其制造方法。装置包括酚醛树脂基纤维增强基体和多个超细热电偶，以及用于将其固定在喷管的紧固装置，热电偶通过酚醛树脂固化工艺固定在材料内部，热电偶测量结靠近喷管内壁面放置，多个热电偶间隔设置，其与壁面距离均不同，热电偶导线通过紧固螺钉中心孔导出，紧固螺钉中心孔使用耐高温材料填充物填充。本发明不仅可以监测不同深度的实时温度，还可以监测材料的烧蚀量，并通过改变热电偶的数量和热电偶位置，改变烧蚀量的测量范围以及精度，使用时热电偶固定于被测材料中，减小材料差异带来的误差，且只需在喷管侧面钻出一个较小的测量孔即可实现较大的烧蚀测量范围。

Description

一种喷管温度及烧蚀量的整体测量装置及其制造方法
技术领域
本发明属于传感器测量领域，具体涉及一种喷管温度及烧蚀量的整体测量装置及其制造方法。
背景技术
发动机喷管工作环境恶劣，为满足隔热以及控制结构重量的目的通常使用酚醛树脂基纤维增强材料作为喷管的耐烧蚀材料，在发动机工作过程中，耐烧蚀材料会发生热化学烧蚀、机械剥蚀现象，造成喷管内型面退移。在实际应用中，烧蚀量对喷管设计至关重要。
针对工作过程中材料烧蚀量的测量，通常方法是在材料不同深度镶嵌金属丝，通过监测其电流通断判断材料是否烧蚀到对应深度，即通断式烧蚀传感器；或者采用在材料不同深度钻多个孔放置开关电路，开关电路包括金属丝、弹簧以及金属触点，当相应的金属丝熔断时，弹簧恢复造成金属点接触，输出烧蚀信号。
但通断式烧蚀传感器只能输出用于判断烧蚀位置的阶跃信号，无法输出测量点温度数据。放置开关电路的方法其结构体积较大，同样只能根据阶跃电压判断烧蚀位置，无法对温度进行测量，且需要在多个位置钻孔，对喷管结构破坏较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种喷管温度及烧蚀量的整体测量装置，将喷管烧蚀测量以及喷管温度测量结合，简化了整体结构。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种喷管温度及烧蚀量的整体测量装置，所述测量装置安装于喷管的耐烧蚀层和壳体；所述装置包括多个超细热电偶，酚醛树脂纤维增强基体和紧固螺钉；
所述多个超细热电偶通过固化工艺固化于酚醛树脂纤维增强基体，所述耐烧蚀层靠近壳体的一侧开设有盲孔，所述酚醛树脂纤维增强基体放置于耐烧蚀层的盲孔中，使得多个超细热电偶测温接点一端布置在距离喷管内壁面不同的位置，且呈梯度分布；
所述壳体上与盲孔相对的位置开设有螺纹通孔，所述紧固螺钉中部设有通孔，通过拧紧紧固螺钉将酚醛树脂纤维增强基体固定，且多个超细热电偶的另一端从紧固螺钉的通孔引出。
进一步的，所述耐烧蚀层上的盲孔为锥盲孔，所述酚醛树脂纤维增强基体为圆台型，且与盲孔的尺寸相匹配。
进一步的，所述酚醛树脂纤维增强基体通过粘合剂与喷管的耐烧蚀层粘合密封。
进一步的，所述紧固螺钉中心通孔引出超细热电偶的导线，并使用填充剂填充中心通孔。
进一步的，所述耐烧蚀层和壳体均分为收敛段和扩张段，即所述耐烧蚀层包括收敛段耐烧蚀层和扩张段耐烧蚀层，所述壳体分为收敛段壳体和扩张段壳体；
所述收敛段壳体和扩张段壳体之间通过螺纹连接，所述壳体内侧依次布置收敛段耐烧蚀层，喉衬和扩张段耐烧蚀层。
进一步的，所述测量装置在收敛段耐烧蚀层和扩张段耐烧蚀层均至少布置一个。
进一步的，所述多个相邻的超细热电偶测温接点之间的距离均相等，所述超细热电偶的数量根据测量需求确定。
一种上述的测量装置的制造方法，包括如下步骤：
(1)对超细热电偶进行绝缘处理：超细热电偶的测温接点和导线涂刷耐高温绝缘涂层，并对导线使用绝缘护套；
(2)制作酚醛树脂纤维增强基体：
根据耐烧蚀层的纤维增强体种类和工艺方法，确定所需纤维增强体的种类及工艺；
根据喷管耐烧蚀层材料配比和制作酚醛树脂纤维增强基体的模具体积，确定纤维增强体质量；
根据要测试烧蚀量程以及精度在已经确定质量和类型的碳纤维增强体中插入超细热电偶；
将得到的已布置有超细热电偶的纤维增强体组织浸入酚醛树脂浸胶中，得到预浸组织；
将得到的预浸组织放入金属模具中对其进行固化处理；
然后将其加工成与耐烧蚀层锥盲孔配合的圆台结构。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本发明的测量装置使用超细热电偶对不同深度位置温度进行实时监测，并根据热电偶输出信号特征判断其是否处于烧蚀边界，实现测量不同深度温度和烧蚀量的作用，其结构简单，零部件少，只需在喷管耐烧蚀层钻一个锥盲孔即可实现温度、烧蚀量测量；
(2)本发明用于固定热电偶的材料与耐烧蚀是层材料保持一致，消除材料差异带来的误差，并在设计时考虑了对耐烧蚀材料钻孔之后的密封问题，通过将基体加工成圆台，安装孔加工成圆锥盲孔，并通过螺钉预紧的方式保证测量装置的气密性。
附图说明
图1是本发明测量装置的结构示意图。
图2是本发明测量装置安装在喷管的结构示意图。
图3是本发明测量装置的传感器结构示意图。
附图标记说明：
1-超细热电偶，2-酚醛树脂纤维增强基体，3-耐烧蚀层，4-壳体，5-紧固螺钉，6-收敛段壳体，7-收敛段耐烧蚀层，8-喉衬，9-扩张段壳体，10-扩张段耐烧蚀层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明为一种喷管温度烧蚀整体测量装置，其结构如图1所示，包括多个超细热电偶1通过固化工艺固化于酚醛树脂纤维增强基体2中，酚醛树脂纤维增强基体2与喷管收敛段耐烧蚀层7或喷管扩张段耐烧蚀层10之间使用粘胶填充缝隙，紧固螺钉5与喷管收敛段壳体6或喷管扩张段壳体9之间通过螺纹连接，固定酚醛树脂纤维增强基体2，热电偶导线通过紧固螺钉5的中心孔引出。
喷管收敛段壳体6与喷管扩张段壳体9之间通过螺纹连接，壳体之中分别布置收敛段耐烧蚀层7和扩张段耐烧蚀层10，以及喉衬8，在进行喷管装配前根据要测量位置在喷管收敛段壳体6或喷管扩张段壳体9加工螺纹，并在喷管收敛段耐烧蚀层7或喷管扩张段耐烧蚀层10对应位置加工锥盲孔。
首先对超细热电偶1进行绝缘处理，测温接点和导线涂刷耐高温绝缘涂层，对其导线使用绝缘护套，之后为制作酚醛树脂纤维增强基体2。首先，根据喷管耐烧蚀层3的纤维增强体种类和工艺方法，确定所需纤维增强体种类以及是否采用编织，若采用编织碳纤维，确定编织方式；之后根据喷管耐烧蚀层3材料配比和制作酚醛树脂纤维增强基体2的模具体积，确定纤维增强体质量。之后根据要测试烧蚀量程以及精度在已经确定质量和类型的碳纤维增强体中插入超细热电偶1，然后将得到的已布置超细热电偶1的纤维增强体组织浸入酚醛树脂浸胶中，得到预浸组织。将得到的预浸组织放入金属模具中对其进行固化处理，然后将其加工成与耐烧蚀层3锥盲孔配合的圆台结构，方便结构的密封，即得到温度及烧蚀量整体传感器。
对喷管进行装配后，温度及烧蚀量整体传感器的安装过程为将酚醛树脂纤维增强基体2表面涂胶放入锥盲孔中，之后将超细热电偶1接线从紧固螺钉5中心孔引出，紧固螺钉5前部设置凸台，便于将酚醛树脂纤维增强基体2紧固于喷管耐烧蚀层3中，保证结构的气密性，之后拧紧紧固螺钉5，并填充螺钉中心孔。
本发明的工作原理为：超细热电偶1受热时导线两端存在热电动势，采集超细热电偶1输出的电压即可得到被测点的温度，将超细热电偶1布置在距离喷管内壁面不同距离位置即可监测不同深度温度变化。当壁面由于燃气烧蚀作用退移到超细热电偶1测温节点位置时，由于烧蚀作用超细热电偶1导线熔断，测量电路可能工作在两种情况下：第一种为超细热电偶1导线熔断后电路断路，第二种为超细热电偶1导线熔断后接触到炭化层，由于炭化层具有导电性，测量线路工作在短路状态；在短路状态下温差电势为0，在断路状态下由于杂波干扰信号电压，输出的数据杂乱无章，输出端采集到两种情况电压均视为超细热电偶1的导线已熔断，即可根据超细热电偶1距离喷管内壁面的距离判断烧蚀量，在制造过程中可以通过控制各个超细热电偶1与内壁面的距离以及超细热电偶1的数量灵活设置烧蚀量测量范围L以及测量精度Δx。

Claims (8)

1.一种喷管温度及烧蚀量的整体测量装置，其特征在于，所述测量装置安装于喷管的耐烧蚀层(3)和壳体(4)；所述装置包括多个超细热电偶(1)，酚醛树脂纤维增强基体(2)和紧固螺钉(5)；
所述多个超细热电偶(1)通过固化工艺固化于酚醛树脂纤维增强基体(2)，所述耐烧蚀层(3)靠近壳体(4)的一侧开设有盲孔，所述酚醛树脂纤维增强基体(2)放置于耐烧蚀层(3)的盲孔中，使得多个超细热电偶(1)测温接点一端布置在距离喷管内壁面不同的位置，且呈梯度分布；
所述壳体(4)上与盲孔相对的位置开设有螺纹通孔，所述紧固螺钉(5)中部设有通孔，通过拧紧紧固螺钉(5)将酚醛树脂纤维增强基体(2)固定，且多个超细热电偶(1)的另一端(导线)从紧固螺钉(5)的通孔引出。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耐烧蚀层(3)上的盲孔为锥盲孔，所述酚醛树脂纤维增强基体(2)为圆台形，且与盲孔的尺寸相匹配。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述酚醛树脂纤维增强基体(2)通过粘合剂与喷管的耐烧蚀层(3)粘合密封。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述紧固螺钉(5)中心通孔引出超细热电偶(1)的导线，并使用填充剂填充中心通孔。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耐烧蚀层(3)和壳体(4)均分为收敛段和扩张段，即所述耐烧蚀层(3)包括收敛段耐烧蚀层(7)和扩张段耐烧蚀层(10)，所述壳体(4)分为收敛段壳体(6)和扩张段壳体(9)；
所述收敛段壳体(6)和扩张段壳体(9)之间通过螺纹连接，所述壳体内侧依次布置收敛段耐烧蚀层(7)，喉衬(8)和扩张段耐烧蚀层(10)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述测量装置在收敛段耐烧蚀层(7)和扩张段耐烧蚀层(10)均至少布置一个。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个相邻的超细热电偶(1)测温接点之间的距离均相等，所述超细热电偶(1)的数量根据测量需求确定。
8.一种权利要求1-7任一项所述的测量装置的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对超细热电偶(1)进行绝缘处理：超细热电偶(1)的导线和测温接点涂刷耐高温绝缘涂层，并对导线使用绝缘护套；
(2)制作酚醛树脂纤维增强基体：
根据耐烧蚀层(3)的纤维增强体种类和工艺方法，确定所需纤维增强体的种类及工艺；
根据喷管耐烧蚀层(3)材料配比和制作酚醛树脂纤维增强基体(2)的模具体积，确定纤维增强体质量；
根据要测试烧蚀量程以及精度在已经确定质量和类型的碳纤维增强体中插入超细热电偶(1)；
将得到的已布置有超细热电偶(1)的纤维增强体组织浸入酚醛树脂浸胶中，得到预浸组织；
将得到的预浸组织放入金属模具中对其进行固化处理；
然后将其加工成与耐烧蚀层(3)锥盲孔配合的圆台结构。
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