[发明专利]一种高温气体效应对气动热影响的测量方法

说明书

本发明涉及一种高温气体效应对气动加热影响量的测热试验方法，它包括：带催化/非催化涂层水卡式量热计的制备、高焓等离子体风洞测热传感器标定试验、基于热化学非平衡NS方程的气动热数值模拟分析、高焓电弧风洞来流测热试验，通过两支不同涂层的水卡式量热计的测量，获得不同情况下气动热数值，通过对两支不同涂层的水卡式量热计的测量结果，分析得到高温气体效应对气动加热影响量。本发明避免了各种因素叠加的复杂来流条件下试验件表面热流和传统方法校测热流可能相差较大的问题，提高了热流校测精度，能够确保热考核实验的真实性和覆盖性。

技术领域

本发明属于热考核试验技术领域，具体涉及一种高温气体效应对气动加热影响量的测热试验方法。

背景技术

热防护材料的电弧风洞考核试验结果是高超声速飞行器热防护系统重要的设计依据。对于低催化特性的尖化前缘结构来说，激波后气体处于显著的化学非平衡状态，由于高焓电弧风洞来流环境复杂，来流气体的化学非平衡程度以及分子离解度还不明确，同时电弧风洞来流还会受到铜电极烧蚀带来的影响，高温气体效应对前缘材料/结构热环境的影响量难以准确评估，给热考核试验状态设计带来难题，严重影响热考核试验的真实性和覆盖性。

对于低催化特性的尖化前缘材料/结构的热考核试验来说，当电弧风洞来流焓值超过10MJ/Kg时，一方面，来流气体中的氧分子基本完全离解，氮气分子也有很大程度的离解，高温气体效应对前缘区域热流的影响量可能超过50％，对前缘结构温度的影响量可能超过400℃；另一方面，铜电极烧损丢失物可能覆盖在材料表面，使得材料表面催化特性发生显著变化，高温气体效应对气动加热的影响程度减小。两者的综合作用使得高焓电弧风洞来流条件下高温气体效应对于前缘气动热的影响量评估有很大的技术难度。由于目前高超声速飞行器前缘等部位一般为低催化特性的陶瓷类材料，而电弧风洞热流传感器采用高催化特性的Cu材料，如果不能摸清高焓电弧风洞中高温气体以及壁面催化效应对气动热的影响规律，则传感器所校测的热流可能比实际真实试验件表面的大，试验有显著欠考核风险。故有必要需要有针对性的发展相应的测量及分析技术，以指导热考核试验状态设计。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高温气体效应对气动加热影响量的测热试验方法。本发明方案能够解决上述现有技术中存在的问题。

本发明的技术解决方案：

根据本发明的一方面，提供一种带涂层水卡式量热计，包括水卡式量热计和敷于其上的涂层，所述的涂层包括催化涂层和非催化涂层两种。

进一步的，所述的涂层厚度选取能抵抗风洞高焓来流的冲刷和对传感器的响应特性及测热精度影响小的优化解。

优选的，所述的水卡式量热计涂层的厚度小于1毫米。

进一步的，所述的水卡式量热计为平头圆柱外形。

根据本发明的另一方面，提供一种高温气体效应对气动加热影响量的测热试验方法，通过以下步骤实现：

制备两支带涂层水卡式量热计，其中一支为催化涂层，另外一支为非催化涂层；

将所制两支带涂层水卡式量热计放置于试验用的高焓等离子体风洞中；

在高焓等离子体风洞中对带涂层水卡式量热计进行初步标定；

使用标定好的两个水卡式量热计开展测热试验，获得高焓等离子体风洞来流条件下高温气体和壁面催化效应对气动热的影响量；

对相同高焓等离子体风洞测热试验开展热化学非平衡数值模拟研究，获得不同材料催化特性条件下的壁面热流；

将壁面热流计算结果与水卡式量热计测得的测热实验结果进行对比分析，对带涂层水卡量热计的测热精度进行充分验证；