一种微型水卡热流计的制作方法

文档序号:12655559阅读:361来源:国知局
一种微型水卡热流计的制作方法与工艺

本发明涉及一种微型水卡热流计,特别涉及一种应用于航天飞行器热防护地面模拟试验中的大量程的热流计,并且可以在较狭小的空间安装使用。



背景技术:

现代返回式飞行器活动部件多,结构复杂,在返回大气层时面临复杂的气动热环境,空气舵由于前缘半径小面临的热环境尤其严峻,经预测热流密度峰值能够达到20MW/m2,需要在地面进行测量,常规的传感器由于体积大,不能够安装在狭小的空气舵前缘处,针对复杂外形的微型化的大量程热流传感器成为国内型号研制所急需。

航天器进行气动热防护试验时,其表面的冷壁热流密度是需要模拟的重要参数之一,该参数主要由热流传感器测量,当前国内飞行器型号研制水平不断提高,针对复杂外形的微型化的热流传感器成为国内型号研制所急需,目前常用的塞式热流计体积小但量程有限,常用的水卡热流计量程大但体积大,因此急需设计一种安装体积小而量程大的热流传感器。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题:针对现有技术的不足,提出一种微型水卡热流计,采用冲击冷却,强化了换热。

本发明的技术解决方案:

一种微型水卡热流计,包括量热件、连接件、进出水件和进水管,可与外界热量交换的量热件为中空盲孔结构,量热件轴向壁的表面热流值不小于其中,m为冷却水的流量,ΔT为冷却水出水口与进水口的温度差,C为水的比热容,A为量热件的有效受热面积,

连接件为中空通孔结构,进出水件为中空通孔结构,其轴向开有进水口,侧壁开有出水口,

量热件盲孔端与连接件一端相连,连接件的另一端与进出水件相连,量热件、连接件及进出水件的孔同轴配合,

进水管置于量热件、连接件及进出水件同轴配合的孔中,进水管外壁与同轴配合孔的内壁间隙配合,进水管的一端与进水口紧密配合并相通,另一端与量热件的轴向壁间隙配合,

量热件的直径不大于2倍的进水管的直径,进水管与量热件的轴向壁配合间隙为0~0.1mm,水流由进水口以一定速度进入进水管,流经量热件轴向壁处对量热件处进行冷却后,水流进入进水管外壁与同轴配合孔的内壁间隙中,最终由出水口排出。

水流由进水口以不大于20g/s的速度进入进水管,量热件轴向壁的表面热流值不小于20MW/m2

量热件直径不大于6mm。

进水管外壁与同轴配合孔的内壁配合间隙为0.5~1mm。

本发明的有益效果:

本发明进出水件一体化设计,进水管直接将水引导至量热件,通过产生冲击进行冷却,强化了换热,量热件的轴径尽可能的小,进水管与量热件的轴向壁配合间隙尽可能小,进水流量值在尽可能小的情况下,对量热件轴向壁的表面可降热流量非常大,应用于航天飞行器热防护地面模拟试验中的大量程的热流计,并且可以在较狭小的空间安装使用,有效满足了实际使用要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图;

图2为本发明的冷却水温升曲线;

图3为本发明的热流测量曲线。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施对本发明做进一步详细的说明。

一种微型水卡热流计,包括量热件1、连接件2、进出水件3和进水管4,可与外界热量交换的量热件1为中空盲孔结构,量热件1轴向壁的表面热流值不小于其中,m为冷却水的流量,ΔT为冷却水出水口与进水口的温度差,C为水的比热容,A为量热件的有效受热面积,

连接件2为中空通孔结构,进出水件3为中空通孔结构,其轴向开有进水口,侧壁开有出水口,

量热件1盲孔端与连接件2一端相连,连接件2的另一端与进出水件1相连,量热件1、连接件2及进出水件3的孔同轴配合,

进水管4置于量热件1、连接件2及进出水件3同轴配合的孔中,进水管4外壁与同轴配合孔的内壁间隙配合,进水管4的一端与进水口紧密配合并相通,另一端与量热件1的轴向壁间隙配合,

量热件1的直径不大于2倍的进水管4的直径,进水管4与量热件1的轴向壁配合间隙为0~0.1mm,水流由进水口以一定速度进入进水管4,流经量热件1轴向壁处对量热件1处进行冷却后,水流进入进水管4外壁与同轴配合孔的内壁间隙中,最终由出水口排出。

量热件1直径不大于6mm,进水管4外壁与同轴配合孔的内壁配合间隙为0.5~1mm,水流由进水口以不大于20g/s的速度进入进水管4,量热件1轴向壁的表面热流值不小于20MW/m2

图2为某次热流密度测量试验过程中的参数曲线,总的试验时间为12秒,冷却水的流量为19克每秒,试验开始后,冷却水的进出口温升快速升至35摄氏度,然后保持稳定直至试验结束。

图3为根据图2曲线代入水卡热流密度计算公式得到的热流密度测量曲线,试验开始后热流密度快速升至22MW/m2,然后保持稳定直至试验结束。

图2、图3曲线表明了本发明能够以较小的体积利用较少的冷水达到较高的测量范围,适应了现代返回式飞行器气动热试验的需求。

本发明进出水件一体化设计,进水管直接将水引导至量热件,通过产生冲击进行冷却,强化了换热,量热件的轴径尽可能的小,进水管与量热件的轴向壁配合间隙尽可能小,进水流量值在尽可能小的情况下,对量热件轴向壁的表面可降热流量非常大,应用于航天飞行器热防护地面模拟试验中的大量程的热流计,并且可以在较狭小的空间安装使用,有效满足了实际使用要求。

本发明的具体结构说明和试验验证都证明了本发明具有的上述特点,能实现微型化,大量程的要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例,并非用来限制本发明的保护范围。对于本领域的技术人员来说,在不付出创造性劳动的前提下,可以对本发明做出若干的修改和替换,所有这些修改和替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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