針對(duì)高超聲速飛行器地面防熱試驗(yàn)高精度總焓測量需求,研制了一種帶熱防護(hù)罩的穩(wěn)態(tài)焓探針�；谀芰科胶庠碓O(shè)計(jì)了穩(wěn)態(tài)焓探針測量系統(tǒng),采用有限元方法分析了焓探針采樣管長度、壁厚以及冷卻水流向、流量對(duì)焓值測量誤差的影響,優(yōu)化設(shè)計(jì)了焓探針的隔熱結(jié)構(gòu)和水氣流量。在電弧加熱器流場中開展了驗(yàn)證試驗(yàn),結(jié)果表明:該穩(wěn)態(tài)焓探針參數(shù)設(shè)計(jì)合理且隔熱結(jié)構(gòu)性能良好,重復(fù)性精度優(yōu)于2.6%,與駐點(diǎn)熱流Fay-Riddell法比較,最大偏差為13.0%。 

【文章來源】：實(shí)驗(yàn)流體力學(xué). 2020,34(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

焓探針采樣管結(jié)構(gòu)

為了準(zhǔn)確獲得計(jì)算焓值所需的各個(gè)測試量，設(shè)計(jì)了如圖2所示的焓探針測量系統(tǒng)。整個(gè)測量系統(tǒng)分為4個(gè)模塊：模塊1為氣體采樣模塊，主要包括焓探針和電磁截止閥（閥打開時(shí)開始?xì)怏w采樣，關(guān)閉時(shí)停止采樣）；模塊2為氣體參數(shù)測量模塊，主要包括溫度傳感器（測量采樣氣體被冷卻后的溫度Tg）、壓力傳感器（監(jiān)測整個(gè)氣路的實(shí)時(shí)壓力變化，確保流量計(jì)的安全使用）和氣體質(zhì)量流量計(jì)（測量氣體的質(zhì)量流量mg）；模塊3為水參數(shù)測量模塊，主要包括進(jìn)出水溫度傳感器（測量不同時(shí)刻的冷卻水溫升ΔTopen和ΔTclose）和液體流量計(jì)（測量冷卻水的質(zhì)量流量mcw）；模塊4是數(shù)據(jù)采集模塊，主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制計(jì)算機(jī)等。2 焓探針采樣管的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

熱防護(hù)罩有較大面積暴露于高溫氣流中，為防止其被高溫氣流燒壞，必須使用高壓水對(duì)其進(jìn)行充分冷卻。高壓水來自于整個(gè)電弧加熱器冷卻水的分支，其水溫存在一定波動(dòng)，熱防護(hù)罩內(nèi)壁面溫度也因之產(chǎn)生波動(dòng)。為減小其對(duì)焓值測量的影響，必須盡量減小采樣管外壁面與熱防護(hù)罩內(nèi)壁面之間的換熱。為此，在采樣管氣體入口端設(shè)計(jì)了較窄的隔熱環(huán)，在出口端設(shè)計(jì)了隔熱套，其間大部分為密閉的空氣間隙。隔熱環(huán)和隔熱套選用熱導(dǎo)率低、耐高溫的隔熱材料制作。這種隔熱結(jié)構(gòu)能夠較大程度地減小采樣管外壁面與熱防護(hù)罩內(nèi)壁面之間的換熱。在來流焓值和壓力一定的條件下，如果以增大換熱量的方式來提高采樣管冷卻水溫升，就需增大氣體采樣量，即增大采樣管口徑。但采樣管口徑太大會(huì)對(duì)流場產(chǎn)生干擾，且其內(nèi)部氣體與冷卻水的換熱也不充分，導(dǎo)致ΔT很小。而與體積較小的采樣管相比，與采樣管后端相連的測試管路是一個(gè)較大的熱沉，當(dāng)高溫氣流與冷卻水發(fā)生換熱時(shí)，采樣管與測試管路之間也會(huì)發(fā)生換熱，造成熱能損失，導(dǎo)致測量結(jié)果偏小。這一換熱過程很難在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡，從而增加了焓值測量的響應(yīng)時(shí)間（采樣管進(jìn)出水溫差穩(wěn)定的時(shí)間）。針對(duì)這一問題，設(shè)計(jì)了一個(gè)與采樣管出口端相匹配的測試座（以隔熱性能較好的材料制作）。該測試座有2個(gè)作用：一是大幅度減小采樣管與測試管路之間的換熱；二是提供一個(gè)測量冷卻水溫升和冷卻后氣體溫度的支座。測試座具有較低的熱導(dǎo)率和較好的隔熱性能，與以往的金屬管路相比，更有利于減小水、氣溫度的測量誤差。

【參考文獻(xiàn)】：
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