[发明专利]一种测量凸块热流分布探头

说明书

一种测量凸块热流分布探头，包括支架系统、探头基体、组合凸块，支架系统与探头基体固定连接，可以改变探头基体的俯仰角、滚转角，探头基体的通孔安装组合凸块，组合凸块均匀布置有塞式量热计，用于测量高温高速气流流过圆柱突起对气周边带来的热流变化。

技术领域

本发明涉及一种测量凸块热流分布探头，特别是一种应用于航天飞行器热防护材料地面模拟试验中针对凸块类型结构的热流分布测量的探头，可以在高温高速气流中使用。

背景技术

航天飞行器外形结构由于部件组装的原因，经常在外部设置有吊装口等凸起结构，该类结构在飞行高速过程中受到气流作用会由于局部过热导致结构损坏，因此设计者需要了解其热流分布，然后进行保护。

影响凸块热流分布的主要因素有很多，大致可以分为内部结构因素是指凸块的直径、高度，通常用径高比来体现；外部环境因素：飞行器飞行方向、气流的恢复焓和表面压力，通常用飞行姿态和当地气流参数来表示。目前常见的测量探头仅针对一组参数确定的外形结构进行考虑，一旦个别参数发生改动，只能重新测试，无法预估。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种测量凸块热流分布探头，可测量不同参数组合下凸块内热流分布，获取变化趋势，用以预估不同参数下凸块的热流分布，以满足当前国内航天飞行器热防护地面模拟试验要求。

本发明的技术解决方案是：一种测量凸块热流分布探头，其特征在于包括支架系统、探头基体、组合凸块，其中：

支架系统与探头基体固定连接，可以改变探头基体的俯仰角、滚转角，探头基体的通孔安装组合凸块，组合凸块均匀布置有塞式量热计，用于测量高温高速气流流过圆柱突起对气周边带来的热流变化。

所述的探头基体的攻角区间为-20°～+20°，滚转区间为-45°～+45°。

所述的探头基体为外方内圆的结构件，中心处设置通孔。

所述的支架系统包括平板支架、攻角机构，攻角机构可以带动平板支架实现自由转动和滚转，攻角机构一端与地面固定，另一端与支架固定连接，支架为一个中空方框，与探头基体固定连接。

所述的组合凸块包括中心处开孔的测量板、升降器、与测量板中心开孔直径一致的圆柱凸起，升降器可以调节圆柱凸起相对测量板的高度。

所述的测量板均匀布置有塞式量热计，传感器分布的规律是以圆柱突起为中心，呈多条抛物线装分布。

所述的升降器是一个圆柱机构，与探头基体固定连接，且中轴线与圆柱突起中轴线重合，通过螺纹结构控制圆柱凸起在测量板上表面的高度。

所述的圆柱凸起与测量板在改变径高比时，需要同时更换。

所述的升降器为钢制机构，探头基体为钢制机构，支架为钢制机构，测量板为钢质机构，圆柱凸起为钢质机构。

一种测量凸块热流分布的方法，包括如下步骤：

(1)组装测量凸块热流分布的探头；

(2)将组合凸块安装在支架系统的平板支架通孔处，顶面保持齐平，用升降器调节圆柱凸起距离测量板的高度，通过攻角机构将平板支架以设定俯仰和滚转角送入由电弧风洞产生的高温高速流场中，测量热流密度，当测试完成后，控制攻角机构退回至出发位置，使用升降器改变高度，得到不同的径高比的相同姿态的热流密度测量；

(3)通过攻角机构改变设定俯仰和滚转角，重复进行不同深径比的热流密度测量，进而获得该气流参数下的热流分布。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过通过探头采用分体式结构，通过更换组合凸块，模拟不同直径凸起的绕流情况，可以用于研究高温高速气流流过不同直径的凸起对凸起周围的热流分布的影响；