CN219996391U - 一种驻点热流测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种驻点热流测量装置，涉及飞行器以及热流测量领域；所述热流测量装置设置在飞行器的钝头驻点结构沿其轴线剖开的剖面，所述装置包括：薄膜热电偶层，其中，所述薄膜热电偶层包括在所述剖面上沿驻点法线上布置的多个薄膜热电偶，每个薄膜热电偶对应一个薄膜热电偶测点；绝缘层，其位于所述薄膜热电偶层的一侧；保护层，其位于所述薄膜热电偶层的另一侧；过渡层，其位于绝缘层与所述钝头驻点结构之间。本实用新型在钝头驻点结构的驻点法线方向布置两个薄膜热电偶测点，根据热电偶测温原理，可以测得驻点结构内部轴线方向上的两个内部温度响应数据，利用两点的温差和材料的内部储能变化来计算得到驻点位置热流。

Description

一种驻点热流测量装置

技术领域

本申请涉及飞行器以及热流测量领域，更具体地，涉及一种驻点热流测量装置。

背景技术

在飞行试验中，采用独立的热流传感器，由于传感器和驻点热结构的材料、尺寸、结构的不同，其温度响应难免会有偏差，“热不匹配效应”难以消除；而且现有的传感器最高耐热温度约650℃，无法满足长时间高温气流试验加热的驻点热流测量需求。

现有的热流测量方法还可以通过结构的内部温度测试，通常采用高温热电偶在材料内部穿孔后测得分层温度。这种方法存在的不足包括：1)热电偶线直径尺寸一般为0.3～1mm，只能实现毫米级空间分辨率的分层温度测试，并且由于热电偶线布置和引线的限制，很难在驻点结构的不同方位均布置分层温度测试。在侧向热流分布极不均匀情况下，这种测试途径难以分辨并消除侧向传热的影响。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种驻点热流测量装置，所述热流测量装置设置在飞行器的钝头驻点结构沿其轴线剖开的剖面，所述装置包括：

薄膜热电偶层，用于测量所述钝头驻点结构的温度数据，其中，所述薄膜热电偶层包括在所述剖面上沿驻点法线上布置的多个薄膜热电偶，每个薄膜热电偶对应一个薄膜热电偶测点；

绝缘层，其位于所述薄膜热电偶层的一侧，且用于将所述薄膜热电偶层与所述钝头驻点结构隔离；

保护层，其位于所述薄膜热电偶层的另一侧，用于保护所述薄膜热电偶层；

过渡层，其位于绝缘层与所述钝头驻点结构之间，且过渡层使薄膜热电偶的热膨胀特性与驻点结构材料相匹配。

优选的是，所述热流测量装置还包括热电偶反向串联测量电路，所述热电偶反向串联测量电路设置于所述薄膜热电偶层，用于减少独立测量选取的两个所述薄膜热电偶测点产生的温度误差。

优选的是，所述选取的两个薄膜热电偶测点包括第一薄膜热电偶测点以及第二薄膜热电偶测点，所述热电偶反向串联测量电路包括：

第一电势测量仪，设置于所述第二薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶两端之间，所述第一电势测量仪用于测量所述第二薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶两端之间的热电势；

第二电势测量仪，设置于所述第一薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶以及第二薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶之间，所述第二电势测量仪用于测量所述第一薄膜热电偶测点与所述第二薄膜热电偶测点之间的温差热电势。

本实用新型至少包括以下有益效果：

本实用新型将用于高超声速飞行器的钝头驻点结构沿其轴线剖开，在剖面上沿驻点法线上布置微米级厚度薄膜热电偶，实现百微米级的空间温度分布，并在不同方位角布置薄膜热电偶，监测评估侧向传热的影响区域。由于薄膜热电偶可以在临界驻点结构表面密集布置，因此可以将侧向传热影响大幅度减小；另外薄膜热电偶厚度为微米级(1～2μm)，测温元件的安装对热结构热响应的影响非常小，实现热结构温度响应的原位测量；测热装置的传热本体为飞行器热结构原设计的材料、外形、尺寸，其安全性可以得到保障。尽管钝头驻点结构表面气动加热会受到强烈的侧向加热，但是测温点越接近驻点位置，其受到侧向换热的影响越小。本实用新型在钝头驻点结构的驻点法线方向布置两个薄膜热电偶测点，根据热电偶测温原理，可以测得驻点结构内部轴线方向上的两个内部温度响应数据，利用两点的温差和材料的内部储能变化来计算得到驻点位置热流。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明：

图1示出了本申请实施例提供的驻点热流测量装置的示意图；

图2示出了本申请实施例提供的驻点热流测量装置的热电偶反向串联测量电路示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参阅图1，图1示出了本申请实施例提供的驻点热流测量装置的示意图。具体的，热流测量装置设置在飞行器的钝头驻点结构100沿其轴线剖开的剖面内部，该驻点热流测量装置包括：薄膜热电偶层110、过渡层120、绝缘层130以及保护层140。

薄膜热电偶层110用于测量飞行器的钝头驻点结构的温度数据，其中，薄膜热电偶层包括在飞行器的钝头驻点结构沿其轴线剖开的内部剖面上沿驻点法线上布置的多个薄膜热电偶，每个薄膜热电偶对应一个薄膜热电偶测点，温度数据可以包括所选取的薄膜热电偶测点对应的温度以及所选取的薄膜热电偶测点对应的坐标，在此不做限定。

绝缘层130，其位于所述薄膜热电偶层的一侧，且用于将所述薄膜热电偶层与所述钝头驻点结构隔离；防止薄膜热电偶层与飞行器的钝头驻点结构接触后导电。

保护层140，其位于所述薄膜热电偶层的另一侧，用于保护所述薄膜热电偶层；

过渡层120，其位于绝缘层与所述钝头驻点结构之间，且过渡层使薄膜热电偶的热膨胀特性与驻点结构材料相匹配。

在一些实施方式中，通过该驻点热流测量装置对飞行器的钝头驻点结构进行测量有以下有益效果：可以将在飞行器的钝头驻点结构沿其轴线剖开，并在剖面上沿驻点法线上布置微米级厚度薄膜热电偶，可以理解的是，薄膜热电偶厚度较小，安装该驻点热流测量装置对飞行器的热结构热响应的影响非常小，因此可以实现驻点热结构温度响应近似原位测量结果；在临近钝头驻点结构表面密集布置薄膜热电偶，因此可以大幅度减小侧向传热对热流测量结果的影响；该驻点热流测量装置的传热本体时飞行器热结构的原设计的材料、外形、尺寸，因此可以保障该驻点热流测量装置的安全性。

请参阅图2，图2示出了本申请实施例提供的驻点热流测量装置的热电偶反向串联测量电路示意图。驻点热流测量装置还包括热电偶反向串联测量电路20，该热电偶反向串联测量电路20设置于薄膜热电偶层，热电偶反向串联测量电路20可以用于减少独立测量选取的两个薄膜热电偶测点产生的温度误差。

在上述技术方案中，选取的两个薄膜热电偶测点可以为第一薄膜热电偶测点以及第二薄膜热电偶测点，热电偶反向串联测量电路20包括：第一薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶111、第二薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶112、第一电势测量仪210、第二电势测量仪220以及补偿导线230，其中，第一电势测量仪210，设置于第二薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶112两端之间，该第一电势测量仪210可以用于测量第二薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶两端之间的热电势；第二电势测量仪220，设置于第一薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶111以及第二薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶112之间，第二电势测量仪220用于测量第一薄膜热电偶测点与第二薄膜热电偶测点之间的温差热电势；补偿导线230，通过补偿导线230将第二薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶112与第一电势测量仪210连接，通过补偿导线230将第一薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶111、第二薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶112分别与第二电势测量仪220连接。

不考虑定位和测温误差，两个薄膜热电偶测点均是越靠近表面驻点位置，所获得的热流辨识误差越小。两个薄膜热电偶测点之间的距离误差对于热流测量的结果影响较大，两点越是靠近飞行器的钝头驻点结构的表面，相对驻点的距离和相互之间距离越小，测量误差对热流测量结果的影响越大。可以理解的是，在测量测点坐标时，可以采用相同的定位基准，如同时选用薄膜热电偶接点的中点，有助于减小测温点间距测量误差，从而减小热流辨识的定位误差因素的影响。

本申请实施例提供的驻点热流测量装置，通过驻点热流测量装置的结构大幅度减小侧向传热的影响，并且驻点热流测量装置中的薄膜热电偶的厚度较小，因此该驻点热流测量装置在飞行器的钝头驻结构的安装对热结构温度响应的影响较小，可以实现热结构温度的近原位测量，并且该驻点热流测量装置还包括热电偶反向串联测量电路，可以减小独立测量的两个第一薄膜热电偶测点导致的温度误差，将热流测量误差控制在一定范围内，使驻点热流测量结果更加准确。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种驻点热流测量装置，其特征在于，所述热流测量装置设置在飞行器的钝头驻点结构沿其轴线剖开的剖面，所述装置包括：

薄膜热电偶层，用于测量所述钝头驻点结构的温度数据，其中，所述薄膜热电偶层包括在所述剖面上沿驻点法线上布置的多个薄膜热电偶，每个薄膜热电偶对应一个薄膜热电偶测点；

绝缘层，其位于所述薄膜热电偶层的一侧，且用于将所述薄膜热电偶层与所述钝头驻点结构隔离；

保护层，其位于所述薄膜热电偶层的另一侧，用于保护所述薄膜热电偶层；

过渡层，其位于绝缘层与所述钝头驻点结构之间，且过渡层使薄膜热电偶的热膨胀特性与驻点结构材料相匹配。

2.根据权利要求1所述的驻点热流测量装置，其特征在于，所述热流测量装置还包括热电偶反向串联测量电路，所述热电偶反向串联测量电路设置于所述薄膜热电偶层，用于减少独立测量选取的两个所述薄膜热电偶测点产生的温度误差。

3.根据权利要求2所述的驻点热流测量装置，其特征在于，所述选取的两个薄膜热电偶测点包括第一薄膜热电偶测点以及第二薄膜热电偶测点，所述热电偶反向串联测量电路包括：

第一电势测量仪，设置于所述第二薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶两端之间，所述第一电势测量仪用于测量所述第二薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶两端之间的热电势；

第二电势测量仪，设置于所述第一薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶以及第二薄膜热电偶测点对应的薄膜热电偶之间，所述第二电势测量仪用于测量所述第一薄膜热电偶测点与所述第二薄膜热电偶测点之间的温差热电势。