一种可重复使用的塞式热流密度量热计的制作方法

本实用新型涉及一种可重复使用的塞式热流密度量热计，属于航空航天气动热防护技术领域。

背景技术：

高速飞行器在大气层中飞行时，会遇到显著的气动加热问题，这就需要采取适当措施对飞行器进行热防护，以保证其飞行安全。临近空间飞行器采用高升阻比气动外形，长时间在大气层内做机动飞行，其结构具有薄层轻质的特点，自然要对防热提出严格的要求，需要采用低冗余度热防护设计。这就要求地面防热试验环境要具备较高的准确度和可重复性。

在模拟的防热试验参数中，模型表面的热流密度是决定模型表面烧蚀状态和总加热量的重要依据，且在防热结构低冗余度设计的情况下，热流测量的准确度和可重复性则直接影响到微烧蚀材料的抗烧蚀性能和隔热性能。

传动的塞式热流密度量热计由铜塞、玻璃钢保护套、热电偶组成，由于玻璃保护套在测量过程中受到高温气流的加热和冲刷，在高热流、长时间的使用过程中，表面会出现烧蚀，形成凹陷，对热流的测量参数产生较大的误差，而且在发生烧蚀后其表面不平整，其物性参数会发生很大的变化，导致无法重复使用。因此，亟需对现有的塞式量热计进行改进。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种可重复使用的塞式热流密度量热计，通过在塞块与护套之间加入填充剂，提高了测量热流密度数据的准确性，克服了传统的塞式量热计测量误差较大的难题；通过充分发挥填充剂耐高温和耐冲刷的特点，实现了在防热试验中重复使用量热计，弥补了传统的塞式量热计无法重复使用的缺陷。

本实用新型的技术解决方案是：

一种可重复使用的塞式热流密度量热计，包括填充剂、塞块、护套和热电偶；热电偶安装在塞块中，塞块安装在护套内，塞块与护套之间设有用于热防护的填充剂。

在上述的一种可重复使用的塞式热流密度量热计中，所述填充剂为水玻璃和氧化铝粉末的混合物，水玻璃与氧化铝的质量比设为1:2。

在上述的一种可重复使用的塞式热流密度量热计中，所述塞块采用圆柱体结构，塞块一端设有用于安装热电偶的孔。

在上述的一种可重复使用的塞式热流密度量热计中，所述塞块的材料采用紫铜。

在上述的一种可重复使用的塞式热流密度量热计中，所述护套采用圆柱体结构，护套一端设有用于安装塞块的槽。

在上述的一种可重复使用的塞式热流密度量热计中，所述护套的材料采用玻璃钢。

在上述的一种可重复使用的塞式热流密度量热计中，所述热电偶采用K型热电偶，热电偶铆接在塞块一端的孔中。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

本实用新型的填充剂经过常温固化处理后，具有耐高温和耐冲刷的特点，可在高压、高热流密度环境下正常工作，使得量热计具有可重复使用的性能。

本实用新型的尺寸可以根据实际情况灵活设置，而且具有三维传热效应小，热流密度测量精度高的特点。

本实用新型结构精巧、简洁高效、通用便捷，适用于多种工作环境，在复杂工况下依然能够正常使用，通用性强。

本实用新型的塞块、护套、热电偶均便于维修和更换，而且生产成本较低，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1为本实用新型结构图

图2为对比实施例的结构图

其中：1填充剂；2塞块；3护套；4热电偶；

具体实施方式

为使本实用新型的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本实用新型作进一步描述：

如图1所示，一种可重复使用的塞式热流密度量热计，包括填充剂1、塞块2、护套3和热电偶4；热电偶4安装在塞块2中，塞块2安装在护套3内，塞块2与护套3之间设有用于热防护的填充剂1，填充剂1经常温固化处理后，对塞式热流密度量热计的表面进行修平处理。

优选的，填充剂1为水玻璃和氧化铝粉末的混合物，水玻璃与氧化铝的质量比设为1:2。

优选的，塞块2采用圆柱体结构，塞块2一端设有用于安装热电偶4的孔，塞块2的材料采用紫铜。

优选的，护套3采用圆柱体结构，护套3一端设有用于安装塞块2的槽，护套3的材料采用玻璃钢。

优选的，热电偶4采用K型热电偶，热电偶4铆接在塞块2一端的孔中。

对比实施例：

如图2所示，传统的塞式热流密度量热计，包括塞块2、护套3和热电偶4；热电偶4安装在塞块2中，塞块2安装在护套3内。

根据能量守恒的原理，通过测量塞块2的温升—时间曲线，计算塞块2的温度梯度，从而得到传入塞块2的热流密度：

式中：q表示热流密度，单位：kw/m²；

C_p表示塞块比热，单位：KJ/(kg·K)；

m表示塞块质量，单位：kg；

A表示塞块受热面积，单位：m²；

dT/dt表示塞块温升速率，单位：K/s；

当传统的塞式热流密度量热计在高热流的环境中工作时，塞块2表面会出现烧蚀，甚至形成凹陷，而且在发生烧蚀后，塞块2和护套3的表面均会出现不平整的现象，会导致塞块2的受热面积增大，另外，护套3经过烧蚀后，护套3的材料属性，例如密度、比热、导热系数均会发生很大变化，三维传热效应将更加明显。因此，无法准确评估热流的偏差，使得获得的热流值误差较大，致使量热计无法重复使用。

在试验过程中，使用前的传统量热计表面平整，材料完好，而在高热流环境中使用传统量热计，护套3发生烧蚀，护套3表面不再平整，出现凹坑、凸起、斜口等问题，无法继续使用。

本实用新型的工作原理是：

将可重复使用的塞式热流密度量热计放入热流测试板中，热流测试板在高温气流冲刷后，塞块2温度上升，通过测量塞块2的温升—时间曲线，计算塞块2的温度梯度，从而得到传入塞块2的热流密度。由于填充剂1耐高温和耐冲刷的特点，在高温气流冲刷后，表面能够保持完好，得以实现重复使用的功能。如果表面出现不平整的地方，可以利用填充剂1对不平整的地方进行填充，经过常温固化处理后，对塞式热流密度量热计的表面进行修平处理，即可继续使用量热计进行试验数据的测量工作。

本实用新型说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。