一种空间发动机羽流场测量热流传感器固定装置的制作方法

本实用新型涉及空间发动机技术领域，尤其涉及一种空间发动机羽流场测量热流传感器固定装置。

背景技术：

空间发动机普遍应用于火箭、卫星等航天器上。发动机在真空环境下点火时，在喷口处将会形成向外部环境自由膨胀的羽流。羽流将对位于羽流场中的航天器表面产生撞击，并造成力、热及表面污染效应。羽流场内热量的短时局部升高将会破坏航天器的表面属性或损坏科学仪器，缩短航天器寿命，甚至导致航天器失效。

目前，羽流场的热量变化研究方法包括羽流数值仿真、空间搭载飞行试验和羽流地面试验。羽流数值仿真主要依靠CFD和DSMC耦合的方法对真空羽流压力进行建模和分析，能够进行单推力器/多推力器羽流场的计算、若干复杂气流及其作用的数值模拟。但是，数值仿真研究需要试验数据进行验证，部分复杂工况，如羽流场边界部分压力变化无法通过仿真来精确分析；空间搭载飞行试验是在航天器的实际飞行过程中直接测量得到关键位置的压力信息，其特点是测量结果真实有效，但试验次数少，单次试验成本高、周期长、获得数据量有限；羽流地面试验的系统建设一次性投资大，但单次试验成本低，且能重复进行试验。还能进行多工况、多状态的原理性和验证性试验，获取的数据更适合进行分析和研究。

针对羽流地面试验高昂的经济成本，国内现有的羽流场的热流分析尚处于理论分析和建模仿真阶段，已经进行的个别羽流试验也因条件欠缺造成测量结果存在一定偏差。2015年国防科工局批复、北京航天试验技术研究所投建的真空羽流试验台是国内首座全尺寸空间发动机羽流场试验研究系统，也是国内唯一的一座针对全尺寸空间发动机羽流场试验搭建的热流测量系统。

目前常用的热流测量元件为圆箔式热流传感器。圆箔式热流传感器能够用于真空环境下的热流的测量。它结构简单、响应迅速、可进行非接触测量，因而得到广泛关注。

由于圆箔式热流传感器的独特结构，目前尚无针对圆箔式热流传感器的安装方式及相应的机械安装工装，在安装时，通常采用临时搭建的金属支架和铁丝对热流传感器进行固定，即将热流传感器绑在铁架上进行固定，该方法不易安装，且调整高度十分不便。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种空间发动机羽流场测量热流传感器固定装置，能够保证传感器快速、方便地在测量范围内安装，旨在准确测量发动机工作过程中真空羽流场的热流变化。

一种空间发动机羽流场测量热流传感器固定装置，所述热流传感器包括黑体、热沉体、螺纹孔以及底座，所述固定装置为环状圆柱结构，内圆直径大于所述热沉体直径，外圆直径等于所述底座直径，高度小于所述热沉体的高度，环状表面分布有6个大小相同的通孔，通孔直径与所述螺纹孔的大径相同，6个通孔的分度圆与螺纹孔的分度圆直径相同。

较佳的，所述固定装置的材料为硬铝。

本实用新型具有如下有益效果：

本发明的空间发动机羽流场测量热流传感器固定装置，能够将热流传感器固定在导流锥上。既不影响发动机喷口处自由扩散的羽流，同时保证黑体与导流锥表面平齐，精确测量该位置的热流变化情况。热流传感器的安装随导流锥位置变化自由调整，简化试验准备过程，达到精确测量的效果。

附图说明

图1为圆箔式热流传感器结构示意图；

图2为发动机与导流锥位置关系示意图；

图3为热流传感器安装工装结构示意图；

图4(a)为导流锥结构图，图4(b)为热流传感器安装结构的剖视图，热流传感器安装结构，图4(c)为热流传感器安装结构的的仰视图。

其中，1-热流传感器，1.1-黑体，1.2-热沉体，1.3-螺纹孔，1.4-底座，1.5-信号线，2-发动机，3-导流锥，4-螺钉，5-螺母。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

如图1所示，圆箔式热流传感器1包括黑体1.1，热沉体1.2，螺纹孔1.3，底座1.4和信号线1.5。螺纹孔1.3尺寸为M3x1。在热流测量过程中，黑体1.1要正对被测热流的来流方向，即通过黑体1.1感知热量变化情况，因而黑体1.1不能被遮挡或破坏。

发动机2与导流锥3的位置关系示意图如图2所示，试验时，导流锥3放置在发动机2的喷口方向，喷口处向下喷出的气体遇到导流锥3后，按导流锥3的形状沿水平方向扩散，以防止高热量气体迅速反弹破坏发动机喷管。

导流锥3为6mm厚的圆锥面铝板，表面开有Ф3的通孔，底面直径为1m，高180mm，锥角20°，布置在发动机火焰来流方向，表面包有隔热材料。

在试验时，热流传感器1应按照导流锥3的形状及位置进行布置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种空间发动机羽流场测量热流传感器固定装置，如图3所示，材料为硬铝，为环状圆柱结构，内圆直径略大于热流传感器热沉体1.2直径，外圆直径等于底座1.4直径，高度略小于热沉体1.2的高度，环状表面分布有6个大小相同的通孔，通孔直径与螺纹孔1.3的大径相同，6个通孔的分度圆与螺纹孔1.3的分度圆直径相同。

所述的空间发动机羽流场测量热流传感器固定装置，在试验准备过程中，如图4(a)、图4(b)以及图4(c)所示，通过低温胶将固定装置2粘结在导流锥3背面，再将热流传感器1的热沉体1.2伸入固定装置中，保证黑体1.1与导流锥2的表面平齐。平头螺钉4的钉头与导流锥3表面平齐，平头螺钉4的螺杆分别穿过导流锥3表面通孔、固定装置2的通孔和圆箔式热流传感器1的螺纹孔1.3，并在热流传感器底座1.4的端面用螺母5紧固。

通过所述的空间发动机羽流场测量热流传感器固定装置，能够将热流传感器1固定在导流锥3上。既不影响发动机2喷口处自由扩散的羽流，同时保证黑体1.1与导流锥3表面平齐，精确测量该位置的热流变化情况。热流传感器1的安装随导流锥3位置变化自由调整，简化试验准备过程，达到精确测量的效果。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。