一种发汗冷却材料热考核试验装置及方法

本发明属于领域，涉及一种发汗冷却材料热考核试验装置及方法。

背景技术：

1、随着航空航天领域的发展，对超声速飞行器提出了长时、高马赫数、可重复使用等使用需求，因此，飞行器的热防护问题日益突出。解决飞行器热防护问题有利于改善飞行器飞行环境，提高飞行器的可靠性。发汗冷却作为一种高效且最具潜力的主动冷却方式，从二十世纪六十年代以来受到广泛关注，尤其针对发汗材料及发汗冷却系统的地面考核试验技术对突破现有发汗冷却主动热防护瓶颈具有非常重要的意义。相较于气体冷却工质而言，液体工质具有较大的相变潜热，在发汗冷却过程中能够吸收更多热量，具有更好的冷却效果。然而使用液体冷却工质进行发汗冷却过程中由于其重力影响以及相变等因素，通常会造成温度波动及局部过热烧蚀等现象。在地面试验中模拟变角度可控热环境对发汗材料考核及发汗冷却规律的研究亟需开展。

2、但是目前，还没有针对发汗冷却材料在变角度可控热环境下的集成考核装置，导致针对发汗材料测试时可靠性差及物理场单一的问题，试验的可靠性和效率低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中还没有针对发汗冷却材料在变角度可控热环境下的集成考核装置，针对发汗材料测试时可靠性差及物理场单一，试验的可靠性和效率低的问题，提供一种发汗冷却材料热考核试验装置及方法，可以在变化的热环境及考虑冷却剂重力影响的环境下，实现发汗冷却材料同时在多因素变化可控的物理场中进行热考核，提高地面试验考核技术对发汗冷却机理研究的可靠性及完整性。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种发汗冷却材料热考核试验装置，包括平台基板，所述平台基板能够周向旋转，所述平台基板上设置导轨，所述导轨上设置火焰喷枪，所述火焰喷枪能够沿着导轨前后或左右移动；

4、所述导轨的一侧设置试件工装和热流计，所述试件工装和热流计距离导轨的距离相同；

5、所述试件工装用于固定待测试的试件，所述试件工装内部设置冷却水槽，冷却水槽与待测试的试件隔离，所述试件工装还连通冷却水源，冷却水源能够流通至待测试的试件处。

6、本发明的进一步改进在于：

7、所述试件工装包括套筒，所述套筒内部包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室用于放置待测试的试件，所述第二腔室为冷却水槽，用于存储冷却水；

8、所述第二腔室的端口设置盖板，所述盖板上开设出水口和进水口；

9、所述第一腔室内设置顶塞，所述顶塞伸入第一腔室内的端部与待测试的试件相抵，所述顶塞上开设冷却水入口和热电偶固定孔，所述热电偶固定孔用于固定热电偶，热电偶贯穿热电偶固定孔后与待测试的试件相抵。

10、所述第一腔室和第二腔室同圆心设置，所述第二腔室环绕在第一腔室的外侧。

11、所述冷却水入口连接冷却水管，所述冷却水管连通注射水泵，所述冷却水管上设置压力传感器。

12、所述导轨的一侧设置试件支架，所述试件工装固定在试件支架上，所述试件支架能够左右旋转。

13、所述平台基板上设置固定座，所述固定座上设置转轴，所述试件支架与转轴连接。

14、所述导轨包括平行间隔分布的第一导轨和第二导轨，所述第一导轨与试件工装对应，所述第二导轨与热流计对应；

15、所述第一导轨和第二导轨上设置有第三导轨，所述第三导轨能够沿着第一导轨和第二导轨移动；

16、所述火焰喷枪设置在第三导轨上。

17、还包括红外热像仪，所述红外热像仪用于记录试件表面温度。

18、还包括试验台箱体，所述平台基板设置在试验台箱体的内部，所述红外热像仪设置在试验台箱体的内部。

19、一种发汗冷却材料热考核试验方法，包括以下步骤：

20、将平台基板旋转至试验角度，并进行固定；

21、分别向冷却水槽和待测试的试件的固定处内注入冷却水；

22、打开火焰喷枪，移动火焰喷枪到热流计的前方，热流计测试火焰喷枪的热流，待火焰喷枪的热流标定，待火焰喷枪的产生的热流密度满足试验条件时，平移火焰喷枪至试件工装的前方，开始对试件进行热环境加载。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、本发明公开了一种发汗冷却材料热考核试验装置，以能够周向旋转的平台基板为支撑，以试件支架能够水平周向旋转为补充，满足多角度热环境及考虑液态冷却剂重力影响的测试需求，在导轨的一侧设置与导轨距离相同的热流计和试件工装，可以先通过热流计测试火焰喷枪的热流，然后再在轨道的带动下对试件进行加热，实现考核热流环境的精准标定与控制，提高了发汗冷却测试结果的准确性与置信度，本试件工装中预留了冷却水槽，冷却水槽与待测试的试件隔离，冷却水槽为试件试验时提供冷却降温环境，满足高热流长时测试时试件工装冷却需求，既能确保试验外部环境影响尽可能小，又能提高试件工装使用寿命，试件工装还连通冷却水源，冷却水源能够流通至待测试的试件处，够约束冷却剂从试件表面渗透且周向保持密封状态，能够实现冷却剂的恒定流量及恒定压力供给，与火焰枪配合，实现了发汗冷却材料在多物理场复杂环境中的发汗冷却测试，解决了发汗材料在热环境平台上测试难，可靠性差及物理场单一等问题，提高了地面试验考核的可靠性及效率。

25、进一步的，本发明中，第二腔室环绕在第一腔室的外侧，提供周向冷却的环境。

26、进一步的，本发明中，冷却水管上设置压力传感器，实时测量对工件内注水的水压。

27、进一步的，本发明中，试件支架能够左右旋转，可以满足工件多角度的试验需求。

技术特征：

1.一种发汗冷却材料热考核试验装置，其特征在于，包括平台基板(33)，所述平台基板(33)能够周向旋转，所述平台基板(33)上设置导轨(38)，所述导轨(38)上设置火焰喷枪(37)，所述火焰喷枪(37)能够沿着导轨(38)前后或左右移动；

2.根据权利要求1所述的一种发汗冷却材料热考核试验装置，其特征在于，所述试件工装(36)包括套筒(362)，所述套筒(362)内部包括第一腔室(364)和第二腔室(365)，所述第一腔室(364)用于放置待测试的试件，所述第二腔室(365)为冷却水槽，用于存储冷却水；

3.根据权利要求2所述的一种发汗冷却材料热考核试验装置，其特征在于，所述第一腔室(364)和第二腔室(365)同圆心设置，所述第二腔室(365)环绕在第一腔室(364)的外侧。

4.根据权利要求2所述的一种发汗冷却材料热考核试验装置，其特征在于，所述冷却水入口连接冷却水管(367)，所述冷却水管(367)连通注射水泵(39)，所述冷却水管(367)上设置压力传感器。

5.根据权利要求1所述的一种发汗冷却材料热考核试验装置，其特征在于，所述导轨(38)的一侧设置试件支架(35)，所述试件工装(36)固定在试件支架(35)上，所述试件支架(35)能够左右旋转。

6.根据权利要求5所述的一种发汗冷却材料热考核试验装置，其特征在于，所述平台基板(33)上设置固定座，所述固定座上设置转轴，所述试件支架(35)与转轴连接。

7.根据权利要求1所述的一种发汗冷却材料热考核试验装置，其特征在于，所述导轨(38)包括平行间隔分布的第一导轨(381)和第二导轨(382)，所述第一导轨(381)与试件工装(36)对应，所述第二导轨(382)与热流计对应；

8.根据权利要求1所述的一种发汗冷却材料热考核试验装置，其特征在于，还包括红外热像仪(4)，所述红外热像仪(4)用于记录试件表面温度。

9.根据权利要求8所述的一种发汗冷却材料热考核试验装置，其特征在于，还包括试验台箱体(32)，所述平台基板(33)设置在试验台箱体(32)的内部，所述红外热像仪(4)设置在试验台箱体(32)的内部。

10.一种发汗冷却材料热考核试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种发汗冷却材料热考核试验装置及方法，以能够周向旋转的平台基板为支撑，满足多角度的热环境测试需求，在导轨的一侧设置与导轨距离相同的热流计和试件工装，可以先通过热流计测试火焰喷枪的热量，然后再在轨道的带动下对试件进行加热，实现考核热流环境的精准标定与控制，提高了发汗冷却测试结果的准确性与置信度，本试件工装中预留了冷却水槽，冷却水槽与待测试的试件隔离，冷却水槽为试件试验时提供冷却降温环境，既能确保试验外部环境影响尽可能小，又能提高试件工装使用寿命，试件工装还连通冷却水源，能够实现冷却剂的恒定流量及恒定压力供给，与火焰枪配合，实现了发汗冷却材料在多物理场复杂环境中的发汗冷却测试。

技术研发人员：张博,范学领,杨洋
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10