[发明专利]基于多加工基准面的航天摩阻传感器表头结构加工方法

说明书

本发明公开了一种基于多加工基准面的航天摩阻传感器表头结构加工方法。该加工方法适用于基于K形管压差测量原理的航天摩阻传感器的表头结构，表头结构的表头基体为上小下大的偏心圆台结构，上表面沿气流方向设置有竖直的直孔和斜向下方的斜孔，斜孔具有倾角α；直孔设置有底部连接直孔Ⅰ；斜孔设置有底部连接直孔Ⅱ。该加工方法包括以下步骤：加工辅助工装，加工基准面Ⅰ，加工基准面Ⅲ，加工直孔，加工基准面Ⅱ，加工斜孔去除辅助工装，加工底部连接直孔Ⅰ和底部连接直孔Ⅱ，修型。该加工方法采用多加工基准面实现了在同一平面加工两个呈较小夹角的细长孔，降低了加工难度，提高了加工精度，进而提升了航天摩阻传感器的测量精准度。

技术领域

本方法属于高超声速风洞试验技术领域，具体涉及一种基于多加工基准面的航天摩阻传感器表头结构加工方法。

背景技术

表面摩擦阻力，简称摩阻，是指粘性流体流过物体表面产生的切向力。在空气动力学中，摩阻是一个重要的物理量。在实际的工程设计中，摩阻是现代高超声速飞行器(简称飞行器)气动力的重要组成部分，尤其是湍流边界层使摩阻大幅度增加，直接影响到飞行器的有效航程，从而严重制约飞行器的性能。

在高超声速飞行条件下，飞行器表面的边界层发生转捩时，其摩阻和热流将增加3-5倍，严重影响飞行器的气动性能、安全和热防护系统。精确预测摩阻能够为飞行器气动性能和热防护系统设计提供重要支撑。对于飞行高度在50～80km以下的近空间高超声速飞行器，飞行器局部由于高温、强梯度等因素导致局部存在稀薄非平衡效应，致使基于连续介质的N-S方程失效，导致摩阻预测不准。局部激波干扰几乎出现在所有飞行器中，会造成局部高热流、高动态摩阻和剪应力，且局部的热环境受到激波干扰的影响显著，有可能造成飞行器结构损毁。因此，高超声速飞行条件下的摩阻精确预测对于飞行器研究极为重要。

目前，在高超声速飞行条件下的摩阻测量研究较少，欧洲EXPERT计划[Flightmeasurement technique developments for EXPERT,the ESA in flightaerothermodynamic research programme.55th International AstronauticalCongress,Vancouver,Canada,2004[C].]曾开展了基于K形管压差测量原理的摩阻测量技术研究，该摩阻测量技术研究使用的航天摩阻传感器具有一个直孔和一个斜孔(斜孔在前、直孔在后)，通过压差进行摩阻测量研究，主要用于物面流动诊断，适用于滑移和稀薄流域，也能用于层流连续流域，并计划开展高超再入飞行试验。但是，这种形式的航天摩阻传感器中的斜孔对直孔的扰动较大，数据修正困难，而且体积较大，不适合安装在飞行器表面斜率较大和安装空间小的位置。

发明人团队发展了一种新型的基于K形管压差测量的航天摩阻传感器，利用K形管压差测量原理，在表头结构的表头基体的上表面上，沿气体流动方向，依次开有直孔和斜孔，即直孔在前、斜孔在后，孔中心距≥5mm，有效减少了直孔和斜孔之间的流动干扰，提高直孔和斜孔之间的压差测量精度，进而提升摩阻测量的精准度。而且，直孔在前、斜孔在后的分布方式使得直孔和斜孔之间的孔中心距相较斜孔在前、直孔在后的分布方式要小得多，能够方便的实现表头基体为上小下大的偏心圆台结构，有效地减小了航天摩阻传感器的尺寸和质量，有利于飞行搭载。同时，位于上方的小偏心圆台能够根据测量需要方便的布置在模型表面，进行摩阻测量，有效地扩大了测量区域。

新型的基于K形管压差测量的航天摩阻传感器需要在同一平面加工两个呈较小夹角的细长孔，因此，航天摩阻传感器的表头结构进行高精度加工制造具有较大的难度。当前，亟需发展一种专用于基于K形管压差测量的航天摩阻传感器的基于多加工基准面的航天摩阻传感器表头结构加工方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于多加工基准面的航天摩阻传感器表头结构加工方法。