CN114264493A - 一种用于气动热地面模拟试验的多用途水冷驻点测量探头 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及气动热地面模拟试验装置的领域，具体公开了一种气动热地面模拟试验装置，包括驻点外壳、探芯连接体、内套和测量探芯；探芯连接体连接于驻点外壳中心轴线位置，探芯连接体开设有与外壳同轴的测量通道，测量探芯螺纹连接于探芯连接体的测量通道内，内套位于驻点外壳内部且套设于探芯连接体外部；内套设置有从内套与探芯连接体正对的内壁到与内套与驻点外壳内部正对的表面的主体冷却回路；测量探芯设置有测量冷却回路。本申请可以根据不同的试验模型外形进行更换，以及在外壳烧毁时进行更换，同时在驻点位置可安装不同种类的测试探芯，并可根据给出的两种水冷方式开发其它种类的测量探芯。本申请可以应用于航空航天气动热防护地面模拟试验。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于气动热地面模拟试验的多用途水冷驻点测量探头，属于航空航天飞行器气动热地面模拟试验装置领域。
背景技术
驻点防热试验是气动热地面模拟试验中的重要试验技术，对于以电弧加热器和燃气流等装置为主要试验手段的气动热地面模拟试验，其产生的高温流场在驻点区的热环境尤为严酷，即使使用带有主动冷却方式的测量探头也存在烧毁的可能性。传统的测量探头多为一体式设计，一个探头在驻点位置只能安装一种测量探芯，对于不同的流场参数都需要加工对应的测量探头，且探头的水冷结构均为焊接等方式，无法实现自由拆装，一旦端面烧毁整个探头即告报废，严重增加试验成本。因此需要设计一种主体冷却和测量装置相独立的驻点测量探头，在方便更换的同时能够节约加工制造和试验时间成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：提供一种用于气动热地面模拟试验的多用途水冷驻点测量探头，可以针对不同外形的试验模型更换不同的探头外壳，并且驻点位置可以装配不同的测量探芯以测量不同的流场参数。
本发明采用以下技术方案：
一种用于气动热地面模拟试验的多用途水冷驻点测量探头，其特征在于：包括驻点外壳、探芯连接体、内套和测量探芯；
探芯连接体连接于驻点外壳中心轴线位置，探芯连接体开设有与外壳同轴的测量通道，测量探芯螺纹连接于探芯连接体的测量通道内，内套位于驻点外壳内部且套设于探芯连接体外部；
内套设置有从内套与探芯连接体正对的内壁到与内套与驻点外壳内部正对的表面的主体冷却回路；测量探芯设置有测量冷却回路。
在上述的驻点测量探头中，所述内套包括哈夫件、内壳、底板、进水管和出水管，哈夫件表面开有用于冷却水导流的水槽，哈夫件安装于内壳外侧；内壳开设有中心孔，探芯连接体插设于中心孔内，内壳中心孔径大于探芯连接体外径，内壳沿中心孔轴线的端部开有进水通道和出水通道，进水通道连通中心孔和内壳朝向底板的端面，出水通道连通哈夫件表面的水槽和内壳朝向底板的端面，底板上焊接进水管和出水管，进水管连通进水通道，出水管连通出水通道；相连通的进水管、进水通道、中心孔、哈夫件表面水槽、出水通道、出水管形成主体冷却回路。
在上述的驻点测量探头中，所述测量探芯为热流探芯或压力探芯。
进一步的，所述测量探芯可以为更多种类的测量探芯，如总焓探芯和光谱探芯等。
在上述的驻点测量探头中，所述热流探芯包括受热体、绝热环、出水套、进水套和水卡底座，出水套和进水套安装于水卡底座，出水套套设于进水套外侧，受热体连接于出水套远离水卡底座的端部，受热体和出水套的外径相等，且小于探芯连接体的内径，绝热环位于受热体和探芯连接体之间的缝隙中，进水套连接于水卡底座的端部为进水口，水卡底座开有出水口和测温口；相连通的进水口、进水套中部流道、出水套和进水套之间流道、出水口形成测量冷却回路。
在上述的驻点测量探头中，所述压力探芯包括测压底座、连接于测压底座的测压通道和外套，外套套设于测压通道外侧，测压通道外部的两侧设有挡水板，并通过挡水板插入外套中，测压通道一端和外套的外端面齐平，测压通道的另一端伸出测压底座，测压底座上开有进水口和出水口，进水口与挡水板一侧的测压通道和外套形成的空间连通，出水口与挡水板另一侧的测压通道和外套形成的空间连通，测压通道伸出测压底座的一端作为测压口；相连通的进水口、挡水板一侧的测压通道和外套形成的空间、挡水板另一侧的测压通道和外套形成的空间、出水口形成测量冷却回路。
在上述的驻点测量探头中，所述哈夫件表面水槽满足垂直于探芯连接体轴线的截面积衡定且不大于进水管总截面积。
在上述的驻点测量探头中，所述哈夫件和内壳之间为中空结构。
在上述的驻点测量探头中，所述进水管数量不少于2，进水管与出水管数量和截面积保持一致，并均匀交错布置。
在上述的驻点测量探头中，所述内壳端部和底板通过销钉方式连接。
在上述的驻点测量探头中，所述外壳尾端螺纹连接有延长段。
所述延长段表面可开孔后布置更多热流或压力测量传感器。
由于延长段位置已经不需要进行冷却，所以在延长段位置进行开孔能够安装热流或压力测量传感器即可。
综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
(1)通过设置驻点外壳和内套、延长段之间的螺纹连接方式，能够根据不同的试验模型，以及探头烧毁时对外壳进行更换，节约加工和时间成本；
(2)通过内套中内壳和底板之间的销钉连接方式，可以根据不同外形的驻点外壳适配不同形状和水冷强度的哈夫件及内壳；
(3)探芯连接体可安装不同种类的测试探芯，节约探头加工成本；
(4)本申请所给出的两种测试探芯具有不同的水冷结构，热流探芯为中心-外围绕流式，压力探芯为对侧绕流式，可根据这两种水冷方式开发其它种类的测量探芯，如总焓测量探芯和光谱测量探芯等。
附图说明
图1为本申请具体实施方式中多用途水冷驻点测量探头剖面图；
图2为多用途水冷驻点测量探头爆炸剖视图；
图3为内套剖面图；
图4为高压冷却水流向图；
图5热流探芯三维剖视图；
图6压力探芯三维剖视图；
图7另一种外形的驻点测量探头爆炸剖视图。
附图标记说明：1、驻点外壳；2、探芯连接体3、内套；4、延长段；5、热流探芯；6、压力探芯；
31、哈夫件；32、内壳；33、底板；34、进水管；35、出水管；
51、受热体；52、绝热环；53、出水套；54、进水套；55、水卡底座；
61、测压通道；62、外套；63、测压底座；
具体实施方式
下面结合附图1-7和具体实施例对本申请作进一步详细的描述：
一种用于气动热地面模拟试验的多用途水冷驻点测量探头，如图1和图2所示，包括：驻点外壳1、探芯连接体2、内套3、延长段4、测量探芯；探芯连接体2连接于驻点外壳1中心轴线位置，探芯连接体2开设有与外壳1同轴的测量通道，测量探芯螺纹连接于探芯连接体2的测量通道内，内套3位于驻点外壳1内部且套设于探芯连接体2外部，延长段4连接于驻点外壳1尾端；内套3设置有从内套3与探芯连接体2正对的内壁到与内套3与驻点外壳内部正对的表面的主体冷却回路；测量探芯设置有测量冷却回路。
驻点外壳1和探芯连接体2为一体式，探芯连接体2位于驻点外壳1中心轴线上，内套3与驻点外壳1之间采用螺纹连接，并使用橡胶密封圈进行密封，延长段4与驻点外壳1之间采用螺纹连接并在螺纹处涂抹硅橡胶进行密封。
使用时，将测量探芯通过螺纹方式连接于探芯连接体2上，并在螺纹处涂抹硅橡胶进行密封；通过内套3通入高压冷却水，向测量探芯中通入适量流量的低压冷却水，并将探头置于流场中，即可测量所需参数；探头外壳包括驻点外壳1、探芯连接体2、内套3、延长段4，当探头外壳或探芯需要更换时，可通过各自的螺纹部分拆卸及更换；
如图3和图4所示，内套3包括哈夫件31、内壳32、底板33、进水管34和出水管35，其中：哈夫件31表面开有水槽，用于冷却水导流，哈夫件31安装于内壳32外侧，并采用焊接方式连接；内壳32开设有中心孔，探芯连接体2插设于中心孔内，内壳32中心孔径大于探芯连接体2外径，内壳32底部开有进水通道和出水通道，进水通道连通中心孔和内壳32朝向底板33的端面，出水通道连通哈夫件31表面的水槽和内壳32朝向底板33的端面，内壳32端部和底板33之间通过销钉方式连接；底板33上焊接进水管34和出水管35，分别对准内壳32的进水通道和出水通道。相连通的进水管34、进水通道、中心孔、哈夫件31表面水槽、出水通道、出水管35形成主体冷却回路。使用时，高压冷却水从进水管34进入进水通道中，并流向中心孔，通过内壳32和探芯连接体2之间的圆环型缝隙流向驻点区域后向外侧流动，通过哈夫件31的水槽导流后到达内壳32端部外侧，并通过出水通道经出水管35流出；当哈夫件31和内壳32需要更换时，可通过销钉拆装更换。
具体的，哈夫件31表面水槽需满足截面积稳定且不大于进水管34总截面积。哈夫件31和内壳32之间为中空结构，可为探头减重。底板33上的进水管34数量不少于2，进水管34与出水管35数量和截面积保持一致，并均匀交错布置。驻点外壳1、内套3和延长段4可制作成不同外形，三者组合后的形状应与试验模型一致，视具体情况可以不使用延长段4，如图7所示。延长段4表面可开孔后布置更多热流或压力测量传感器
如图5所示，测量探芯可以为热流探芯5或压力探芯6。测量探芯为热流探芯5时，热流探芯5为中心-外围绕流式冷却设计，包括受热体51、绝热环52、出水套53、进水套54和水卡底座55，其中：受热体51采用紫铜等高导热系数材料制成，绝热环52采用不锈钢材料制成，出水套53、进水套54和水卡底座55采用不锈钢或玻璃钢等低导热系数材料制作。进水套54安装于底座中心，采用螺纹方式连接，受热体51和出水套53的外径相等，且小于探芯连接体2的内径，受热体51和出水套53之间使用焊接或防水粘合剂等方式组合，出水套53采用螺纹方式和水卡底座55连接，两处螺纹涂抹硅橡胶进行密封，安装完成后，出水套53整体套在进水套54外侧，进水套54远离水卡底座55一端与出水套53和进水套54之间的间隙连通，进水套54贯穿水卡底座55，且进水套54贯穿水卡底座55的端部为进水口；水卡底座55开有出水口和测温口，出水口与出水套53和进水套54之间的间隙连通；相连通的进水口、进水套54中部流道、出水套53和进水套54之间流道、出水口形成测量冷却回路。使用时，在测温口安装温度测量传感器，并使用防水胶密封，将受热体51、出水套53、进水套54和水卡底座55的组合体安装在探芯连接体2后，将绝热环52嵌入受热体51和探芯连接体2之间的缝隙中；低压冷却水从进水套54沿探芯轴线到达受热体51端面后从进水套54外侧流回底座，并从出水口流出，通过测温口测量的冷却水温升和冷却水流量可测得驻点热流。
如图6所示，测量探芯为压力探芯6时，压力探芯6为对侧绕流式冷却设计，包括测压通道61、外套62和测压底座63，其中：测压通道61与测压底座63连接，测压通道61外壁的两侧具有挡水板，并通过挡水板插入外套62中，测压通道61一端和外套62的外端面齐平，外套62通过螺纹和测压底座63连接，测压通道61的另一端伸出测压底座63，所有连接处通过硅橡胶进行密封，测压底座63上开有进水口和出水口，进水口与挡水板一侧的测压通道61和外套62形成的空间连通，出水口与挡水板另一侧的测压通道61和外套62形成的空间连通；相连通的进水口、挡水板一侧的测压通道61和外套62形成的空间、挡水板另一侧的测压通道61和外套62形成的空间、出水口形成测量冷却回路。使用时，低压冷却水通过进水口进入测压底座63，并沿测压通道61的挡水板一侧到达外套62的端面后从挡水板另一侧流回，并从出水口留出，从测压通道61伸出测压底座63的一端作为测压口，可以测量驻点压力。
热流探芯5可使用其它测量原理制成的水冷式探芯。探芯连接体2还可以安装更多种类的测量探芯，如总焓探芯和光谱探芯等。
本发明的组成装置说明和试验验证都证明了本发明具有的特点，能够根据不同的试验模型，以及探头烧毁时对外壳进行更换，从而节约加工和时间成本；内套也可以根据不同外形的驻点外壳适配不同形状和水冷强度的哈夫件及内壳；在驻点位置可以更换不同种类的测试探芯，从而节约探头加工成本；并可根据所给出的两种测试探芯的水冷结构开发其它种类的测量探芯，如总焓测量探芯和光谱测量探芯等，从而具有更广泛的应用性。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于气动热地面模拟试验的多用途水冷驻点测量探头，其特征在于：包括驻点外壳(1)、探芯连接体(2)、内套(3)和测量探芯；
探芯连接体(2)连接于驻点外壳(1)中心轴线位置，探芯连接体(2)开设有与外壳(1)同轴的测量通道，测量探芯螺纹连接于探芯连接体(2)的测量通道内，内套(3)位于驻点外壳(1)内部且套设于探芯连接体(2)外部；
内套(3)设置有从内套(3)与探芯连接体(2)正对的内壁到与内套(3)与驻点外壳(1)内部正对的表面的主体冷却回路；测量探芯设置有测量冷却回路。
2.根据权利要求1所述的驻点测量探头，其特征在于：所述内套(3)包括哈夫件(31)、内壳(32)、底板(33)、进水管(34)和出水管(35)，哈夫件(31)表面开有用于冷却水导流的水槽，哈夫件(31)安装于内壳(32)外侧；内壳(32)开设有中心孔，探芯连接体(2)插设于中心孔内，内壳(32)中心孔径大于探芯连接体(2)外径，内壳(32)沿中心孔轴线的端部开有进水通道和出水通道，进水通道连通中心孔和内壳(32)朝向底板(33)的端面，出水通道连通哈夫件(31)表面的水槽和内壳(32)朝向底板(33)的端面，底板(33)上焊接进水管(34)和出水管(35)，进水管(34)连通进水通道，出水管(35)连通出水通道；相连通的进水管(34)、进水通道、中心孔、哈夫件(31)表面水槽、出水通道、出水管(35)形成主体冷却回路。
3.根据权利要求1所述的驻点测量探头，其特征在于：所述测量探芯为热流探芯(5)，热流探芯(5)包括受热体(51)、绝热环(52)、出水套(53)、进水套(54)和水卡底座(55)，出水套(53)和进水套(54)安装于水卡底座(55)，出水套(53)套设于进水套(54)外侧，受热体(51)连接于出水套(53)远离水卡底座(55)的端部，受热体(51)和出水套(53)的外径相等，且小于探芯连接体(2)的内径，绝热环(52)位于受热体(51)和探芯连接体(2)之间的缝隙中，进水套(54)连接于水卡底座(55)的端部为进水口，水卡底座(55)开有出水口和测温口；相连通的进水口、进水套(54)中部流道、出水套(53)和进水套(54)之间流道、出水口形成测量冷却回路。
4.根据权利要求1所述的驻点测量探头，其特征在于：所述测量探芯为压力探芯(6)，压力探芯(6)包括测压底座(63)、连接于测压底座(63)的测压通道(61)和外套(62)，外套(62)套设于测压通道(61)外侧，测压通道(61)外部的两侧设有挡水板，并通过挡水板插入外套(62)中，测压通道(61)一端和外套(62)的外端面齐平，测压通道(61)的另一端伸出测压底座(63)，测压底座(63)上开有进水口和出水口，进水口与挡水板一侧的测压通道(61)和外套(62)形成的空间连通，出水口与挡水板另一侧的测压通道(61)和外套(62)形成的空间连通，测压通道(61)伸出测压底座(63)的一端作为测压口；相连通的进水口、挡水板一侧的测压通道(61)和外套(62)形成的空间、挡水板另一侧的测压通道(61)和外套(62)形成的空间、出水口形成测量冷却回路。
5.根据权利要求2所述的驻点测量探头，其特征在于：所述哈夫件(31)表面水槽满足垂直于探芯连接体(2)轴线的截面积衡定且不大于进水管(34)总截面积。
6.根据权利要求2所述的驻点测量探头，其特征在于：所述哈夫件(31)和内壳(32)之间为中空结构。
7.根据权利要求2所述的驻点测量探头，其特征在于：所述进水管(34)数量不少于2，进水管(34)与出水管(35)数量和截面积保持一致，并均匀交错布置。
8.根据权利要求2所述的驻点测量探头，其特征在于：所述内壳(32)端部和底板(33)通过销钉方式连接。
9.根据权利要求1所述的驻点测量探头，其特征在于：所述外壳(1)尾端螺纹连接有延长段(4)。
10.根据权利要求9所述的驻点测量探头，其特征在于：所述延长段(4)可在表面开孔后安装更多测量传感器。
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