[发明专利]一种高超声速飞行器表面热流辨识装置及设计方法

权利要求书

1.一种高超声速飞行器表面热流辨识装置，其特征在于包括：热传导敏感元件(1)、敏感元件隔热套(2)、敏感元件压板(3)、温度传感器(5)，热传导敏感元件为柱状结构，敏感元件隔热套为带通孔的柱状结构，热传导敏感元件位于敏感元件隔热套通孔中，与敏感元件隔热套间隙配合，敏感元件一侧与隔热套外表面平齐，形成测量端面，另一侧底部安装有温度传感器，敏感元件压板为一侧带有直槽的扁平板状结构，压住热传导敏感元件装有温度传感器一侧端面，与敏感元件隔热套间隙配合安装，敏感元件隔热套、热传导敏感元件与敏感元件隔热套之间的间隙以及敏感元件压板共同阻隔热传导敏感元件除测量端面以外的部分与外部环境之间热量交换，温度传感器正好落入敏感元件压板直槽中，并在直槽中走线。

2.根据权利要求1所述的一种高超声速飞行器表面热流辨识装置，其特征在于所述热传导敏感元件的材料的热导率大于等于100W/m·K。

3.根据权利要求1所述的一种高超声速飞行器表面热流辨识装置，其特征在于敏感元件隔热套和敏感元件压板的材料的热导率不大于0.5W/m·K。

4.根据权利要求1所述的一种高超声速飞行器表面热流辨识装置，其特征在于所述热传导敏感元件由铜制成。

5.根据权利要求1所述的一种高超声速飞行器表面热流辨识装置，其特征在于所述热传导敏感元件外表面涂覆发射率大于0.9的涂层。

6.根据权利要求1所述的一种高超声速飞行器表面热流辨识装置，其特征在于敏感元件隔热套和敏感元件压板采用模压石英/酚醛或陶瓷瓦材料制成。

7.根据权利要求1所述的一种高超声速飞行器表面热流辨识装置，其特征在于热传导敏感元件和敏感元件隔热套的间隙小于0.5mm。

8.根据权利要求1所述的一种高超声速飞行器表面热流辨识装置，其特征在于所述敏感元件压板轴线方向与其材料模压层间方向垂直。

9.根据权利要求1所述的一种高超声速飞行器表面热流辨识装置，其特征在于所述敏感元件隔热套加工完成后其轴线方向与其材料模压层间方向平行。

10.权利要求1所述一种高超声速飞行器表面热流辨识装置的设计方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、根据飞行试验的飞行弹道参数，对高超声速飞行器飞行全程表面气动加热环境进行气动热评估，得到高超声速飞行器飞行全程表面热流；

S2、根据高超声飞行器飞行全程表面热流，采用被选材料初步设计热流辨识装置各部件，对飞行器及组装后的热流辨识装置进行传热分析，得到飞行器和不同备选材料制成的热流辨识装置各部件飞行全程的温度场；

S3、根据飞行器和不同备选材料制成的热流辨识装置各部件飞行全程的温度场，结合材料的许用温度和相应的导热率要求，分别确定飞行全程不被烧蚀的辨识装置各部件材料；

S4、根据高超声飞行器飞行全程表面热流、飞行器被测位置的结构特征、允许安装空间、辨识装置各部件材料，确定热传导敏感元件的长径比和敏感元件隔热套的厚度；

S5、根据飞行器被测位置的结构特征，设计合适的热流辨识装置安装结构，并结合热传导敏感元件的长径比和敏感元件隔热套的厚度，完成热流辨识装置的完整设计。

11.根据权利要求10所述一种高超声速飞行器表面热流辨识装置的设计方法，其特征在于所述热传导敏感元件的长径比和敏感元件隔热套的尺寸通过如下方法确定：

S4.1、根据飞行器被测位置的结构特征，按照不同的热传导敏感元件的长径比和敏感元件隔热套的厚度，形成不同尺寸特征的热流辨识装置；

S4.2、根据高超声飞行器飞行全程表面热流，利用传热分析软件对步骤S4.1得到的不同尺寸特征的热流辨识装置进行飞行全程热分析，得到不同尺寸特征的热流辨识装置温度场；

S4.3、根据高超声飞行器飞行全程表面热流，利用传热分析软件对步骤S4.1得到的不同尺寸特征的热传导敏感元件进行飞行全程热分析，得到不同尺寸特征的热传导敏感元件温度场；

S4.4、分析步骤S4.2和步骤S4.3得到的温度场结果，以步骤S4.2与步骤S4.3在热传导敏感元件底部温度测试点对应的温度偏差的平均值小于预设的门限为标准，确定热传导敏感元件的长径比和敏感元件隔热套的厚度，所述预设的门限取值范围为10％～15％。