一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置的制作方法

本发明属于航空航天测力试验隔热设备，具体为一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置。

背景技术：

1、风洞测力试验中所使用的应变天平可直接测量作用在航空模型上的气动力和力矩，是测力风洞试验中最为关键的高精度传感器之一。随着航天航空技术的发展，对飞行器的飞行高度、飞行速度提出了越来越高的要求，针对ma＞15的风洞测力试验，超高温等离子束作用于航空模型表面，会将模型加热，通常模型表面温度可达500℃~900℃，受热后的模型会将热传递到微小量程天平上，如果不进行任何热防护措施，会产生两种后果：其一为天平弹性元件上的应变计受热过高造成应变计损毁；其二为天平弹性元件上的应变计受到的温度不足以损坏，但是应变计受到该环境温度变化的影响会产生测量误差，其原因一是应变片电阻本身具有电阻温度系数；二是弹性元件与应变片两者之间的线膨胀系数不同，即使无外力作用，既无应变现象，由于环境温度的变化也会引起应变片电阻值的改变，从而产生测量误差。在该试验工况下，模型表面温度预估500℃~900℃，锁比后模型气动力总载荷小于5n。

2、目前，并没有针对超高速高温微小载荷测力试验的隔热措施，主要难点为针对ma＞15的试验工况，模型气动载荷小于5n，该工况下无法布置水冷装置，而应用常规测力试验的隔热解决措施去解决超高速高温微小载荷测力试验存在多种技术弊端，主要如下：

3、专利公开号为cn113280995a公开了一种用于高温风洞模型的冷却装置，通过该装置可以实现快速降低试验后的模型本体温度，然而该发明无法实现实验过程中的隔热与降温，依然会造成天平受热后损坏；

4、专利公开号为cn113607375a公开了一种风洞模型天平隔热系统，通过水冷与吸热装置实现隔热方案，然而该装置不适用于微小载荷工况下的测力试验，首先是模型内需设置支撑环套等部件，该重量远超气动力总载荷5n，超过天平量程，其次支杆内部水冷装置等占用空间较大，无法实现水冷设备的布置；

5、专利公开号为cn114674520a公开了一种用于测力风洞试验应变天平的灵敏度温度效应修正方法，通过灵敏度修正的方式实现温度补偿，然而其弊端有两个方面：一是由于温度补偿并非线性，当温度偏差过大的时候，温度补偿效果依然存在偏差，二是天平受热过高依然会损坏；

6、专利公开号为cn115389158a公开了一种高超声速风洞试验天平隔热装置，通过隔热套、支杆喷涂隔热涂层的方式进行热防护，然而该方案存在几个弊端：1）如该专利所述，该类型风洞试验有效时长1~2分钟，考虑到流场稳定等所需时间，天平所处高温环境通常超过5分钟，如果连续试验，天平处于高温环境时间会更长，而该专利所提供的方案仅靠薄薄一层的涂层并不能有效隔热，高温很容易穿过涂层通过支杆传递到天平体上；2）隔热套与支杆之间的最小距离公式仅考虑y元与mz元产生的弹性变形，而模型试验过程中通常也会有z、my元的载荷，该公式考虑并不全面；3）如该专利所述，模型受热后，通过隔热套可布置于天平与模型之间，起到防止模型上的热传递到天平上的目的，然而模型上的热量可以通过天平前端把紧螺钉传递给天平上，因此并不能完全起到热阻断的目的。

7、因此，本申请提出一种实现超高速高温微小载荷测力试验热传递的阻断，避免天平温度效应，提高微小载荷天平的测量精准度的一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置用以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明研发目的是为了解决目前超高速高温微小载荷测力试验热传递无法有效阻断，导致天平温度效应，影响微小载荷天平的测量精准度。在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

2、本发明的技术方案：

3、一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置，包括模型、支杆、天平、隔热块、隔热保护罩、隔热面板和支撑基座，模型与支杆建立连接，支杆穿过支撑基座与天平连接，天平设置在支撑基座上，模型与支杆之间设置有隔热块，支杆外侧套装有隔热保护罩，支撑基座的外侧设置有隔热面板。

4、进一步的，所述天平的支杆端安装有温度传感器，温度传感器为pt100温度传感器。

5、进一步的，所述模型采用钛合金制成，模型的外表面喷涂隔热涂层，隔热涂层的材料为zro2，隔热涂层厚度大于0.5mm。

6、进一步的，所述隔热块采用zro2材料制成，隔热有效厚度为5mm，隔热块的外型面与模型内腔型面相同，配合面积大于85％。

7、进一步的，所述支杆采用酚醛塑料制成，支杆与隔热块和模型通过螺钉把紧，螺钉与支杆之间设置有隔热垫片，支杆的外表面喷涂隔热涂层，所述隔热保护罩的外表面喷涂隔热涂层，隔热涂层厚度大于0.5mm，隔热涂层的材料为zro2。

8、进一步的，所述隔热面板表面喷涂隔热涂层，隔热涂层厚度大于0.5mm，隔热涂层材料为zro2。

9、进一步的，所述隔热保护罩与支杆之间具有间隙，隔热保护罩与支杆之间的间隙为：

10、；

11、其中，为天平-支杆的mz元弹性角系数，为天平-支杆的y元弹性角系数，为天平-支杆的x元弹性角系数，为天平-支杆的z元弹性角系数，为天平-支杆的my元弹性角系数，为天平-支杆的mx元弹性角系数，x、y、z为三个方向最大力，mx、my、mz 为三个方向最大力矩，为隔热防护罩的有效长度，为圆周率。

12、本发明具有以下有益效果：

13、1.本发明的一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置通过多重隔热的设置，有效阻挡热传递路径，保证风洞试验过程中，天平处于良好的温度工况，防止天平损坏及减少温度效应；

14、2.本发明的一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置优化天平空间布局，现有技术是将天平水平布置在模型内，然而受模型空间尺寸太小的影响，无法布置足够的隔热部件空间，本发明将天平竖直放置在远离热源的空间内，使天平具有更大的安装空间，有利于布置水冷装置降低天平的温度；

15、3.本发明的一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置在支杆外侧设计隔热保护罩，使热流无法直接作用到支杆上，即使长时间试验后隔热保护罩受热，也只能通过热辐射的方式将热传递给支杆，而一般试验时处于10-3~10-6pa，热辐射效率较低，不易将支杆加热进而使天平受热，支杆选用低密度非金属传热效率低的材料，既能防止热传导，又能降低整体重量，提高固有频率；

16、4.本发明的一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置通过隔热防护罩与支杆的间隙公式，既能保证天平受载后的变形，又能防止天平受过载造成损坏。

技术特征：

1.一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置，其特征在于：包括模型（1）、支杆（2）、天平（3）、隔热块（5）、隔热保护罩（7）、隔热面板（8）和支撑基座（9），模型（1）与支杆（2）建立连接，支杆（2）穿过支撑基座（9）与天平（3）连接，天平（3）设置在支撑基座（9）上，模型（1）与支杆（2）之间设置有隔热块（5），支杆（2）外侧套装有隔热保护罩（7），支撑基座（9）的外侧设置有隔热面板（8）。

2.根据权利要求1所述的一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置，其特征在于：所述天平（3）的支杆端安装有温度传感器（4），温度传感器（4）为pt100温度传感器。

3.根据权利要求2所述的一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置，其特征在于：所述模型（1）采用钛合金制成，模型（1）的外表面喷涂隔热涂层，隔热涂层的材料为zro2，隔热涂层厚度大于0.5mm。

4.根据权利要求3所述的一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置，其特征在于：所述隔热块（5）采用zro2材料制成，隔热有效厚度为5mm，隔热块（5）的外型面与模型（1）内腔型面相同，配合面积大于85％。

5.根据权利要求4所述的一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置，其特征在于：所述支杆（2）采用酚醛塑料制成，支杆（2）与隔热块（5）和模型（1）通过螺钉把紧，螺钉与支杆（2）之间设置有隔热垫片（6），支杆（2）的外表面喷涂隔热涂层，所述隔热保护罩（7）的外表面喷涂隔热涂层，隔热涂层厚度大于0.5mm，隔热涂层的材料为zro2。

6.根据权利要求5所述的一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置，其特征在于：所述隔热面板（8）表面喷涂隔热涂层，隔热涂层厚度大于0.5mm，隔热涂层材料为zro2。

7.根据权利要求5所述的一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置，其特征在于：所述隔热保护罩（7）与支杆（2）之间具有间隙，隔热保护罩（7）与支杆（2）之间的间隙为：

技术总结
一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置，属于航空航天测力试验隔热设备技术领域。本发明解决了目前超高速高温微小载荷测力试验热传递无法有效阻断，导致天平温度效应，影响微小载荷天平的测量精准度。本发明包括模型、支杆、天平、隔热块、隔热垫片、隔热保护罩、隔热面板和支撑基座，模型与支杆建立连接，支杆穿过支撑基座与天平连接，天平设置在支撑基座上，模型与支杆之间设置有隔热块，支杆外侧套装有隔热保护罩，支撑基座的外侧设置有隔热面板。本发明的一种适用于超高速高温微小载荷测力试验隔热装置采用模型‑支杆‑天平的空间布局结构形式，防止热流及热辐射作用到天平上，防止天平损坏及减少温度效应。

技术研发人员：王晨,李强,周航,李小刚,路遥,杨金蒙,张傲男
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15