基于微流道冷却的水卡式量热计结构优化与试验分析

高声速飞行器再入过程中面临严峻的气动加热环境,最高气流温度可达上万摄氏度,常用量热计在如此高的气流温度下,缺乏良好的热流测试性能和热负荷生存能力。为解决地面试验中高超声速飞行器模型表面高热流的连续、精准测量难题,研发了一种基于微流道冷却的新型水卡式量热计,其内部微型流道结构采用3D打印技术构建。通过数值仿真,确定了新型水卡式量热计的微流道尺寸与布局,与同一冷壁热流的传统水卡式量热计相比,其核心区域温升降低近50%,验证了微流道水卡式量热计在极端热环境下的测试能力和生存能力。电弧加热射流试验结果表明:微流道水卡式量热计可以同步测量压力、温度、热流数据,实现了高温流场参数的集成化辨识,并具有良好动态响应特性;最大热流测量值超过18 MW/m^(2),测量绝对偏差和平均偏差分别控制在3.44%与±1.72%以内。