CN219142045U - 一种发动机电缆罩表面热流密度和压力测量装置 - Google Patents

Abstract

一种发动机电缆罩表面热流密度和压力测量装置，搭接结构探头(1)是一个长方形金属板，其纵向中央部位具有凸台，其开有多个连接孔，热流传感器(4)和压力传感器(6)安装在所述连接孔内；支架(2)是一个长方形框架且能够容纳所述搭接结构探头(1)，支架(2)宽度方向一端具有安装部，支架(2)通过安装部固定在电弧风洞试验喷管(14)上；底板(3)是一个长方形金属板，其上开有走线孔(11)，热流传感器(4)和压力传感器(6)的尾线穿过所述走线孔(11)连接外部设备；搭接结构探头(1)和支架(2)分别安装在所述底板(3)上构成壳体。本实用新型解决了风洞试验中发动机电缆罩表面冷壁热流密度和压力测量问题。

Description

一种发动机电缆罩表面热流密度和压力测量装置

技术领域

本实用新型属于航天飞行器地面气动热试验技术领域，特别涉及一种发动机电缆罩表面热流密度和压力测量装置。

背景技术

为了解决飞行器发动机电缆罩搭接结构的防热问题，需要对发动机电缆罩搭接结构防热材料在飞行过程中的隔热性能和抗烧蚀冲刷性能进行考核，考核通常在地面热环境模拟设备即电弧风洞中进行。发动机电缆罩搭接结构防热材料考核试验通常模拟的高温气流参数主要有表面冷壁热流密度、表面压力、恢复焓等，因此在状态调试中准确的测出发动机电缆罩搭接结构表面冷壁热流密度和压力具有十分重要的意义。

现有的测量装置主要是针对平板模型和驻点模型，如图1和图2所示，目前还没有专门针对发动机电缆罩搭接结构外形的测量装置，因此需要在平板模型和驻点模型测量装置的基础上设计出新的适用于发动机电缆罩搭接结构外形的测量装置。

实用新型内容

本实用新型提出了一种发动机电缆罩表面热流密度和压力测量装置，解决了发动机电缆罩搭接结构防热材料考核试验中发动机电缆罩搭接结构表面冷壁热流密度和压力测量问题。

本实用新型提出一种发动机电缆罩表面热流密度和压力测量装置，包括：搭接结构探头、支架、底板、热流传感器、压力传感器；

所述搭接结构探头是一个长方形金属板，其纵向中央部位具有凸台，所述凸台开有多个连接孔，所述热流传感器和压力传感器安装在所述连接孔内；

所述支架是一个长方形框架其能够容纳所述搭接结构探头，所述支架宽度方向一端具有安装部，所述支架通过安装部固定在电弧风洞试验喷管上；

所述底板是一个长方形金属板，其上开有走线孔，所述流传感器和压力传感器的尾线穿过所述走线孔连接外部设备；

所述搭接结构探头和所述支架分别安装在所述底板上构成所述测量装置壳体。

进一步的，所述搭接结构探头的凸台的纵向具有两个平行的凹槽，所述凹槽将所述凸台分成三部分：第一搭接平台、第二搭接平台、第三搭接平台；

在所述第一搭接平台、第二搭接平台、第三搭接平台上以及第一、第二搭接平台之间凹槽内分别具有三个纵向排列的连接孔作为热流测量孔用于安装所述热流传感器；

在所述第一搭接平台、第二搭接平台、第三搭接平台上以及第一、第二搭接平台之间凹槽的左右对称中心线上分别具有四个连接孔作为压力测量孔用于安装所述压力传感器。

进一步的，所述支架的安装部包括：两组配合安装的固定轴、固定块；所述每组固定轴、固定块分别安装在所述支架的长方形框架的一侧的两端，一个所述固定轴插入对应的一个所述固定块中间圆孔中，所述固定块通过固定在电弧风洞试验喷管上。

进一步的，所述底板的四个边缘分别具有多个底板固定孔，在所述支架的四个边缘分别具有相应的多个螺孔，所述底板固定孔与所述螺孔配合通过螺钉固定连接所述底板和支架；所述底板的四个角分别具有螺杆固定孔，所述搭接结构探头的底部四角分别具有螺杆，所述螺杆穿过对应的螺杆固定孔通过螺母固定。

进一步的，所述热流传感器包括：量热块和热电偶；所述量热块材料为紫铜、形状为圆柱形，其被安装在所述热流测量孔内，底面与所述热电偶一端连接，所述热电偶另一端连接热电偶线从所述底板的走线孔引出。

进一步的，所述压力传感器还包括紫铜管；在所述压力测量孔下侧焊接所述紫铜管并通过导电尾线连接所述压力传感器，所述压力传感器再通过尾线从所述底板的走线孔引出。

进一步的，所述热电偶为K型热电偶，所述压力传感器选用量程为0-100KPa的压电传感器。

进一步的，所述支架材料为20号钢、固定轴材料为304钢、固定块材料为20号钢；所述底板材料为玻璃钢。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

(1)本实用新型解决了飞行器发动机电缆罩搭接结构表面冷壁热流密度和压力测量问题，解决了现有技术无法解决的问题。

(2)本实用新型采用四个螺杆穿过底板后带螺帽的方式对探头进行固定，将测量过程中探头掉落的风险降为零。

附图说明

图1为现有测量装置平板模型结构示意图；

图2为现有测量装置驻点模型结构示意图；

图3为本实用新型测量装置结构示意图；

图4为本实用新型测量装置使用示意图；

图5为本实用新型测量装置装配示意图。

图6～7为发动机电缆罩搭接结构表面冷壁热流密度曲线；

图8为发动机电缆罩搭接结构表面压力曲线。

具体实施方式

本实用新型提出一种发动机电缆罩表面热流密度和压力测量装置，采用与飞行器发动机电缆罩搭接结构防热结构件外形相同的探头设计，结合塞式量热计技术和动态测压技术，将热流密度参数和压力参数转化成电压信号传输给采集箱和测试电脑。测量前将装置固定在喷管14出口前，然后风洞开车至流场稳定后停车，测得的温度随时间的变化率可直接换算出冷壁热流密度，表面压力通过压力传感器6直接测得。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的描述。

如图3所示，发动机电缆罩搭接结构表面热流密度和压力测量装置，包括搭接结构探头1、支架2、底板3、热流测量孔5、压力测量孔7、螺杆8、安装部、热流传感器4、压力传感器6；

搭接结构探头1上表面外形与设置发动机电缆罩搭接结构的飞行器外形保持一致；所述搭接结构探头1开有多个连接孔，连接孔用于连接热流传感器4或压力传感器6。

如图4所示，支架2是一个长方形框架其能够容纳所述搭接结构探头1，支架2宽度方向一端具有安装部，支架2通过安装部固定在电弧风洞试验喷管14上；其中安装部包括两组配合安装的固定轴9、固定块10；每组固定轴9、固定块10分别安装在所述支架2的长方形框架的一侧的两端。支架2的固定轴9插入固定块10，固定块10通过两个M8螺钉安装在电弧风洞试验喷管14上，使喷管14的气流方向平行于所述搭接结构探头1的上表面；搭接结构探头1、支架2、底板3从上至下依次连接形成密闭壳体；底板3开有走线孔11，在搭接结构探头1上安装多个热流传感器4和压力传感器6，多个热流传感器4和压力传感器6的尾线穿过走线孔11连接风洞测试设备。连接孔包括多个用于安装热流传感器4的热流测量孔5和多个用于连接压力传感器6的压力测量孔7。搭接结构探头1上布置有多个热流传感器4的热流测量孔5，多个的热流测量孔5在所述搭接结构探头1对称排列，三个对称分布在第一搭接平台上，三个对称分布在第一和第二搭接平台之间的凹槽内，三个对称分布在第二搭接平台上，三个对称分布在第三搭接平台上。搭接结构探头1开有四个压力测量孔7，所述四个压力测量孔7均位于搭接结构探头1表面左右对称中心线上。

搭接结构探头1通过连接部固定连接所述底板3。连接部包括4个螺杆8，所述螺杆的一端连接搭接结构探头1的下表面，另一端连接底板3。

所述支架2通过安装部固定在电弧风洞试验喷管14上。安装部包括：固定轴9、固定块10。固定轴9和固定块10数量均为2个，固定轴9和固定块10配对安装在支架2上，固定轴9插入固定块10中间圆孔中，固定块10通过两个M8螺钉固定在电弧风洞试验喷管14上。

热流传感器4选用塞式量热计，量热块材料为紫铜，形状为圆柱形，量热块底面连接量程为0-1300℃的K型热电偶。在压力测量孔7焊接紫铜管并连接压力传感器6。热流传感器4的热电偶线和压力传感器6的尾线从底板2中间的走线孔11引出，连接外部测试设备，例如采集箱和测试电脑。

安装过程如下：

如图5所示，底板3通过18个螺钉和底板固定孔13安装在支架2下面，搭接结构探头1下面的螺杆8穿过底板3上的螺杆固定孔12后带上螺帽对搭接结构探头1进行固定，固定轴9和固定块10配对安装在支架2上；12个热流传感器4安装在搭接结构探头1上，在弧板、凸块斜坡和凸块顶面呈“3-3-2”分布；4个压力传感器6测点均位于凸块斜坡左右对称中心线上。

实施例

发动机电缆罩搭接结构表面热流密度和压力测量装置长度361mm，宽度358mm，高度83mm。搭接结构探头1长300mm，宽300mm，高43mm。搭接结构探头1下面连接4个螺杆8，螺杆8穿过底板3后带螺帽，以防止搭接结构探头1在测量过程中掉落。

搭接结构探头1的第一搭接平台、第一、二搭接平台之间凹槽、第二搭接平台和第三搭接平台上呈“3-3-3-3”分布安置12个热流传感器4。热流传感器4选用塞式量热计，这种量热计由紫铜柱塞量热块和热电偶组成。由于量热响应只与量热块的几何尺寸和物理特性有关，不受其它因素影响，所以该量热计测量精度较高。量热快形状为圆柱形，尺寸为Φ5mm×5mm，每个量热块底面连接一个量程为0-1300℃的K型热电偶。被测气流单位时间内给紫铜块底面带来的温升由这12个热电偶测得，并通过计算得到发动机电缆罩搭接结构表面各个测点的冷壁热流密度。

搭接结构探头1上安置4个压力测量孔7，四者均位于表面左右对称中心线上；压力测量孔7后面焊接紫铜管并连接压力传感器6，搭接结构探头1中压力传感器6选用量程为0-100KPa的压电传感器。

支架2长361mm，宽358mm，高83mm，材料选用20号钢，支架2后侧板表面与搭接结构探头1表面保持一致，支架2两侧各开1个用于安装固定轴9的螺纹孔，支架2下面开16个用于固定底板3的螺纹孔。

底板3长346mm，宽358mm，高15mm，材料选用玻璃钢，底板3上有1个直径为20mm的走线孔11，还有4个直径为8mm的螺杆固定孔12和16个直径为8mm的底板固定孔13。

固定轴9长36mm，直径为10mm，材料选用304钢，数量为2个，分别安装在支架2两侧。

固定块10长40mm，宽16mm，高20mm，材料选用20号钢，开有1个直径为10mm和2个直径为9mm的孔，固定块10数量为2个，与固定轴9配对安装在支架2两侧。

测量原理如下：将12个热流传感器4的热电偶线与风洞温度采集箱连接，将4条测压紫铜管连接压力传感器6后与压力采集箱连接，温度采集箱和压力采集箱同时与PC主机连接。状态调试时，首先测量出12个热流测点△t时间内量热块底部温升△T，然后根据热流传感器4中量热块冷壁热流密度表达式，即可由主机上采集软件计算出发动机电缆罩搭接结构12个测点的冷壁热流密度并在显示器上读出。

其中，冷壁热流密度表达式如下：

式中：q_cw为冷壁热流密度，单位：W/m²；C_p为紫铜比热，单位：J/(Kg·K)；m为量热块质量，单位：Kg；A为量热块受热面积，单位：m²；ΔT/Δt为量热块温升速率，单位：K/s。

发动机电缆罩搭接结构4个表面压力测点的数值可由PC主机上采集软件进行电压-压力转换后直接在显示器上读出。

本实用新型已应用于某型号发动机电缆罩搭接结构防热考核试验，通过该测量装置测到的发动机电缆罩搭接结构表面冷壁热流密度如图6～7所示，其中热流1至3为第一搭接平台上测点的热流值，热流4至6为第一、二搭接平台之间凹槽热流测点的热流值，热流7至9为第二搭接平台上测点的热流值，热流10至12为第三搭接平台上测点的热流值。图中横坐标为采集时间，单位为s，纵坐标为冷壁热流密度，单位为Kw/m²，取热流值稳定段(2.3s至3.0s)的平均值即可得到稳态时每个测点的热流值；测到的发动机电缆罩搭接结构表面压力如图8所示，其中表压1为搭接结构探头1第一搭接平台上测点的表压值，表压2为第一、二搭接平台之间凹槽底部测点的表压值，表压3为第二搭接平台上测点的表压值，表压4为第三搭接平台上测点的表压值，图中横坐标为采集时间，单位为s，纵坐标为表面压力，单位为kPa，取表压平稳时刻(3.6s)的数值即可得到稳态时每个测点的压力值。

本实用新型解决了发动机电缆罩搭接结构防热考核试验中发动机电缆罩搭接结构表面热流密度和压力测量问题，具有结构合理，安装和拆卸简单，测量精度高，测量范围广，可重复使用等优点。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种发动机电缆罩表面热流密度和压力测量装置，其特征在于，包括：搭接结构探头(1)、支架(2)、底板(3)、热流传感器(4)、压力传感器(6)；

所述搭接结构探头(1)是一个长方形金属板，其纵向中央部位具有凸台，所述凸台开有多个连接孔，所述热流传感器(4)和压力传感器(6)安装在所述连接孔内；

所述支架(2)是一个长方形框架其用于容纳所述搭接结构探头(1)，所述支架(2)宽度方向一端具有安装部，所述支架(2)通过安装部固定在电弧风洞试验喷管(14)上；

所述底板(3)是一个长方形金属板，其上开有走线孔(11)，所述热流传感器(4)和压力传感器(6)的尾线穿过所述走线孔(11)连接外部设备；

所述搭接结构探头(1)和所述支架(2)分别安装在所述底板(3)上构成所述测量装置壳体。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述搭接结构探头(1)的所述凸台的纵向具有两个平行的凹槽，所述凹槽将所述凸台分成三部分：第一搭接平台、第二搭接平台、第三搭接平台；

在所述第一搭接平台、第二搭接平台、第三搭接平台上以及第一、第二搭接平台之间凹槽内分别具有三个纵向排列的连接孔作为热流测量孔(5)用于安装所述热流传感器(4)；

在所述第一搭接平台、第二搭接平台、第三搭接平台上以及第一、第二搭接平台之间凹槽的左右对称中心线上分别具有四个连接孔作为压力测量孔(7)用于安装所述压力传感器(6)。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述支架(2)的安装部包括：两组配合安装的固定轴(9)、固定块(10)；所述每组固定轴(9)、固定块(10)分别安装在所述支架(2)的长方形框架的一侧的两端，一个所述固定轴(9)插入对应的一个所述固定块(10)中间圆孔中，所述固定块(10)固定在电弧风洞试验喷管(14)上。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述底板(3)的四个边缘分别具有多个底板固定孔(13)，在所述支架(2)的四个边缘分别具有相应的多个螺孔，所述底板固定孔(13)与所述螺孔配合通过螺钉固定连接所述底板(3)和支架(2)；

所述底板(3)的四个角分别具有螺杆固定孔(12)，所述搭接结构探头(1)的底部四角分别具有螺杆(8)，所述螺杆(8)穿过对应的螺杆固定孔(12)通过螺母固定。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述热流传感器(4)包括：量热块和热电偶；

所述量热块材料为紫铜、形状为圆柱形，其被安装在所述热流测量孔(5)内，底面与所述热电偶一端连接，所述热电偶另一端连接热电偶线从所述底板(3)的走线孔(11)引出。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述压力传感器(6)还包括紫铜管；

在所述压力测量孔(7)下侧焊接所述紫铜管并通过导电尾线连接所述压力传感器(6)，所述压力传感器(6)再通过尾线从所述底板(3)的走线孔(11)引出。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述热电偶为K型热电偶，所述压力传感器(6)选用量程为0～100KPa的压电传感器。

8.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述支架(2)材料为20号钢、固定轴(9)材料为304钢、固定块(10)材料为20号钢；所述底板(3)材料为玻璃钢。

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