镀层式同轴热电偶数据处理方法研究

同轴热电偶热流传感器进行热流测量是风洞试验热流测量的一种非常重要的手段。应用二维轴对称热传导理论,结合横向传热影响、表面温升对热流的耦合影响、流场建立初始阶段来流对传感器表面温升的影响等因素,为激波风洞同轴热电偶热流传感器的数据处理方法建立了两套方案,为进一步提高测热精度提供了技术途径。

驻点热流测量试验技术研究

为了提高超声速脉冲风洞中球头驻点热流测量精度,对φ1 mm小型化同轴热电偶研制及薄膜热流传感器的耐冲刷性能进行研究.应用热传导反问题的计算分析方法,建立了分别针对薄膜热流传感器和同轴热电偶的数据处理方法.在2 m激波风洞上利用研制的5种不同类型及尺寸的传感器进行了球头驻点热流测量试验,将试验结果与F-R公式计算结果进行比较,并分析了传感器外形尺寸、热壁、传感器敏感元件、同轴热电偶膜厚等对试验结果的影响.结果表明:研制的小型化同轴热电偶响应时间满足测试要求;薄铂膜热流传感器重复性误差在8%以内.

多喷流干扰级间热环境风洞试验研究

运载火箭级间热分离过程中,级间段受高温高压喷流的影响,所处环境恶劣,研究级间热环境中压力、温度和热流分布规律对级间段结构的优化具有重要意义。在Φ1m高超声速风洞中,采用以微型固体火箭燃气为喷流介质的热喷流模拟技术,模拟了运载火箭二级主发动机和四个游动发动机同时工作多喷流干扰条件下的级间热环境,并对级间压力、温度和热流测量试验技术进行了研究,获得了不同级间距、不同排燃窗开口数量情况下的二级底封头和一级前封头表面的热流、温度及压力分布特性。试验结果表明,级间距越小,分离环境越恶劣,压力、温度、热流分布越不均匀;总排燃面积保持不变,排燃窗开口数量变化,对一级前封头上的压力、温度、热流影响不大,但对二级底封头影响较为明显,随着开口数量的减少,二级底封头上压力、温度、热流值均有所增大。本项试验采用同轴热电偶测量了级间区域的热流,热流结果精准度的提高以及热流模拟准则还需进一步探索和研究。

用热流探针测量激波速度

激波速度测量是激波管和激波风洞运行状态的一个重要参数,压电传感器或光学方法测速系统成本高,而传统电离探针在激波马赫数较低、波后温度达不到空气电离程度的情况下无法满足实验要求。提出了一种使用同轴热电偶作为测速探针来测激波速度的方法,弥补了电离探针在激波马赫数较低时的不足。介绍了同轴热电偶探针测速原理,并设计了测量激波速度的系统电路。通过信号放大电路锁定激波冲激信号,触发脉冲信号发生电路,实现了一种单通道、多测点的激波风洞测速系统。分别开展以温度与热流为触发信号的风洞实验,结果表明只有使用热流信号才能满足激波测速的时间要求。

高马赫数小尺度缝隙倒角热流测量

围绕再入式飞行器表面分布式隔热瓦的气动加热问题,针对流动强干扰特征且测量难度较大的小曲率半径缝隙倒角区域,采用Φ0.3 mm量级一体化同轴热电偶开展高马赫数来流条件下的热流测量,研究了缝隙倒角曲率半径、隔热瓦间台阶高度差、缝隙宽度、边界层流态、马赫数等因素对热环境的影响,通过分析热流时域曲线得到了瞬态热流的振荡特征。结果表明:台阶会显著增大热流;边界层流态的差异会引起缝隙倒角热流分布的显著变化;较高马赫数下的热流时域波动特征更温和,热流更低;部分状态存在瞬态负热流现象。研究结果可为隔热瓦热防护设计和认识缝隙、台阶诱导的复杂流动机理提供参考。

热流传感器传热特性电弧风洞实验及数值模拟

高超声速飞行器面临剧烈的气动加热环境,电弧风洞是飞行器防热材料地面考核筛选的主力设备。热流密度是电弧风洞重要的模拟参数之一,需要进行准确有效的测量。针对电弧风洞气流环境特点,开展传统塞式量热计和新型同轴热电偶的对比测热试验,并采用数值模拟对两种热流传感器的传热特性进行了分析。在电弧风洞平板自由射流试验热流密度分布在0~1100 kW/m^(2)范围内,同轴热电偶的热流密度测试试验结果相对塞式量热计偏低10%~15%。数值模拟结果表明,塞式量热计本身结构热物性参数不匹配会导致热流密度测量数值偏高至少10%,而同轴热电偶测量数值偏高最大仅为2.19%,相对塞式量热计具备更高的测量精度。同时,电弧风洞中不同材质热流密度测试模型使用同轴热电偶进行测热试验时,需要在同轴热电偶同模型之间增加适当厚度的不锈钢套以满足传感器周围环境的热匹配。

测热试验中瞬态热流的反演研究

高超声速气动J热的测量本质上是一个热传导反问题,数据处理方法的合理性直接关系到测热试验精度的提高.本文针对瞬态高强度热流测量传感器—同轴热电偶的测热特点,采用轴对称传热模型,基于反演理论,应用共轭梯度法、顺序函数法,建立了合理的数据处理力法.数值模拟、试验验证以及误差分析表明:反演力法具有较商的计算效率,能在一定程度上提高试验精度,具有较大的推广应用价值.

气动热参数辨识在测热试验中的应用研究

数据处理方法的合理性直接关系到测热试验精度的提高。本文针对同轴热电偶的测热特点,采用轴对称传热模型,应用共轭梯度法、顺序函数法,建立了合理的同轴热电偶测热的数据处理方法。计算表明,两种方法具有较高的计算效率,能在一定程度上提高试验精度,具有较大的推广应用价值。