[发明专利]一种翼舵缝隙内部及舵轴热流测量方法

说明书

本发明涉及热流测量技术领域，尤其是涉及一种翼舵缝隙内部及舵轴热流测量方法，采用磷光热图技术实现对翼舵缝隙内部热流大面积的测量，并通过一体式热电偶测量舵轴附近的热流密度，从而获得翼舵缝隙内部的热流分布云图和舵轴处的热流峰值。本发明示例的技术方案，通过采用磷光热图及一体式热电偶相结合的测热方法，实现对翼舵缝隙内部表面热流分布和舵轴处热流峰值的精准测量，数据丰富，可直观看出翼舵缝隙内部上下表面的热流分布及变化趋势，同时了解舵轴区域向翼舵缝隙内部的热流传递情况。

技术领域

本发明涉及热流测量技术领域，尤其是涉及一种翼舵缝隙内部及舵轴热流测量方法。

背景技术

翼舵是高超声速机动飞行器稳定飞行与姿态控制中应用最为广泛的控制方案，为使飞行器能改变舵偏角以及容纳结构温升引起的热膨胀，翼舵与飞行器之间通常会预留一定的缝隙。翼舵作为高超声速飞行器表面的凸起物，局部会存在激波与边界层干扰、激波与激波干扰、边界层分离与再附等复杂物理现象，使局部气动加热异常复杂，翼舵缝隙结构的出现使上游高速流体涌入缝隙内，缝隙附近表面将出现多条分离再附线，同时缝隙内部会产生涡结构，使缝隙及干扰区热环境特性发生较大的改变，产生多条局部高热流带，造成缝隙内部上下壁面及舵轴附近容易出现较高的壁温，从而引发严重的烧蚀。国内外多个飞行试验项目在翼舵干扰区等部位出现了防热材料严重烧蚀、剥落现象，部分情况甚至导致了飞行试验失利。

由于受风洞尺寸的限制，气动热环境风洞试验多根据相似准则采用缩比模型，传统风洞测热手段因传感器尺寸、走线等限制，存在测点位置有限、难以捕获热流峰值等缺点，而翼舵缝隙内部尺寸狭小，问题更加突出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种翼舵缝隙内部及舵轴热流测量方法，通过点测量和非接触面测量相结合的方法，准确捕获翼舵缝隙干扰区域热流峰值位置和大小，克服传感器尺寸限制及热流峰值难以捕获的难题，实现翼舵缝隙复杂流动干扰区热流分布和热流峰值的准确测量。

本发明提供一种翼舵缝隙内部及舵轴热流测量方法，包括以下步骤：

S1.制作试验模型，试验模型包括平板和翼舵，平板通过舵轴与翼舵连接，翼舵底部的材质为微晶云母陶瓷，平板和翼舵对应处材质为有机玻璃；

S2.将温敏材料喷涂在翼舵底部微晶云母陶瓷外侧，形成温敏涂层，将试验模型放置于风洞试验段的内部进行风洞试验，风洞试验段的侧面设有风洞观察窗，风洞观察窗外设有紫外激发光源和高速相机；

S3.紫外激发光源发射的紫外线通过风洞观察窗和有机玻璃，照射到温敏涂层上激发温敏涂层发射荧光，高速气流通过平板和翼舵之间的缝隙使温敏涂层产生温升，并用高速相机记录温敏涂层表面光强变化，将每幅荧光图像的表面光强分布与初始平均光强分布进行对比，获得表面光强分布变化率，将多幅荧光图像的表面光强分布变化率与标定曲线对比，获取表面温度随时间的变化数据，进而计算出微晶云母陶瓷外侧的表面热流；

S4.将温敏材料喷涂在有机玻璃上表面，形成温敏涂层，重复步骤S3获得有机玻璃上表面的表面热流；

S5.将一体式热电偶分布在舵轴区域，获得舵轴处的温度，计算出舵轴处的表面热流。

进一步地，步骤S1中，所述平板上设有安装孔，所述舵轴通过螺母固定在所述安装孔上。翼舵底部的微晶云母陶瓷可在大温升条件下获得较高的温度变化率，提高翼舵缝隙内部热流的测量精度，紫外激发光源发射的紫外线透过平板上的有机玻璃激发温敏涂层，实现对温敏涂层表面温度的测量；

进一步地，步骤S2和步骤S4中，所述温敏材料由磷光粉和黏合剂组成，所述磷光粉与所述黏合剂的质量比为1:4.8-5.2，所述黏合剂由四乙烯五胺和异丙醇组成，所述异丙醇与所述四乙烯五胺的质量比为1:2.8-3.2。