專利名稱：高速飛行器非金屬材料圓柱形殼體表面高溫測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及高速飛行器非金屬材料圓柱形殼體表面高溫測量裝置，特別是針對地面模擬高速導彈等高速飛行器高馬赫數(shù)飛行試驗時，當非金屬材料圓殼形彈體表面處于高溫狀態(tài)，對非金屬材料圓殼形彈體表面的動態(tài)高溫變化進行測試。
背景技術：
導彈等高速飛行器快速飛行時，其彈體表面和防熱層溫度的動態(tài)變化是研究彈體材料是否能抵抗高速飛行時的高溫熱沖擊以及彈體防熱性能評價的關鍵參數(shù)，在地面試驗中測量與記錄在極端熱環(huán)境下，導彈表面溫度的動態(tài)變化過程，對于彈體的熱防護與安全設計有著極為重要的實際意義。由于高速導彈等高馬赫數(shù)飛行器的設計速度越來越快，氣動加熱產(chǎn)生的高溫熱環(huán)境變得極為嚴酷。由文獻記載的美國航天飛機穿越大氣層時各部位的溫度分布知，在機體、機翼、垂尾等大部分區(qū)域的溫度在750°C _1500°C之間，飛行器前錐端部和進氣道等部位甚至會出現(xiàn)接近1800°C的局部高溫區(qū)。在如此高溫環(huán)境下金屬材料已不能勝任，因為像鈦合金、高溫合金等金屬材料在大于900度。C時會出現(xiàn)明顯軟化變形，由于強度和剛度下降，將嚴重影響彈體結構的氣動外形，引起發(fā)射失敗，因此高馬赫數(shù)導彈的受熱關鍵部位常采用新型非金屬材料制做，使其能夠在大于KKKTC的高溫環(huán)境下工作。在測量導彈等高速飛行器表面溫度時，一般是將測量溫度的熱電偶傳感器焊接或粘接在彈體表面。對于由非金屬材料制成的圓柱型導彈殼體結構，不能像金屬材料那樣能將測溫熱電偶直接點焊在彈體表面上。非金屬材料測溫的方法是將熱電偶粘接在非金屬材料表面上，由于粘接層覆蓋在測溫熱電偶的前端感溫部上，并且粘接層具有一定的厚度，影響熱傳導速度，測溫熱電偶不能立即反應出彈體表面溫度的急速變化。另外，金屬材料的測溫傳感器與非金屬材料的圓柱型導彈殼體結構的熱膨脹系數(shù)相差極大，在受到高溫時，由于膨脹系數(shù)的巨大差異，在高溫環(huán)境下會因為彈體結構的熱變形引起粘接熱電偶與非金屬材料圓柱型導彈殼體結構脫膠分離，導致導彈殼體表面溫度測量的不準確性。高速導彈結構非常昂貴，且高溫試驗會出現(xiàn)嚴重的熱燒蝕、變形和高溫破壞，對同一導彈結構不能進行重復性高溫試驗，每次試驗得到的測試數(shù)據(jù)都極為寶貴。因此，必須開發(fā)新的高速飛行器非金屬材料圓柱形殼體表面高溫測量裝置，來可靠地記錄導彈熱環(huán)境試驗過程中彈體表面溫度場的動態(tài)變化情況，以保證高速導彈高溫試驗的可靠性。

實用新型內(nèi)容本實用新型的技術解決問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種高速飛行器非金屬材料圓柱形殼體表面高溫測量裝置，該裝置能夠準確和可靠地測量與記錄導彈氣動熱模擬試驗過程中，非金屬材料圓殼形彈體表面溫度場的動態(tài)變化，且結構簡單，為導彈的高溫熱強度校核與安全防護設計提供可靠的試驗依據(jù)。本實用新型的技術解決方案是高速飛行器非金屬材料圓柱形殼體表面高溫測量裝置，包括測溫熱電偶、耐高溫陶瓷管、金屬導向套管、壓緊彈簧、圓殼形非金屬材料彈體、感溫部、環(huán)形石英燈加熱陣列、隔熱罩、水平支架、立柱連接桿、導線與計算機；將測溫熱電偶穿入圓柱形雙孔耐高溫陶瓷管內(nèi)，插入到金屬導向套管中，高溫陶瓷管能夠在金屬導向套管中自由滑動，耐高溫陶瓷管上安裝有壓緊彈簧，產(chǎn)生縱向壓緊力使測溫熱電偶的前端緊壓在圓殼形非金屬材料彈體的表面上，測溫熱電偶的前端點焊成圓珠形狀形成感溫部，圓殼形非金屬材料彈體的表面加工一個與測溫熱電偶前端圓珠形感溫部大小匹配的淺半圓形凹槽，圓珠狀感溫部對準并落入淺半圓形凹槽之內(nèi)，淺半圓形凹槽可限制感溫部的橫向移動；環(huán)形石英燈加熱陣列位于圓殼形非金屬材料彈體的外周，給圓殼形非金屬材料彈體的表面加熱模擬飛行時產(chǎn)生的氣動熱環(huán)境；環(huán)形石英燈加熱陣列的外部安裝有防止熱擴散的隔熱罩，隔熱罩由水平支架和立柱連接桿固定。所述測溫熱電偶由貴金屬鉬銠絲制成。鉬銠熱電偶的的測量溫度可達1850°C，本試驗所用測溫熱電偶的直徑為O. 8-1. 5mm的圓絲，太細了強度不夠容易出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，太粗了測溫響應速度比較遲緩，會引起高速動態(tài)測量誤差增大。所述耐高溫陶瓷管由可耐1600°C高溫的剛玉材料制成，在高溫下具有很好的強度和剛度。所述隔熱罩為耐1600°C高溫的陶瓷纖維隔熱材料制成。所述圓殼形非金屬材料彈體表面加工一個大小與測溫熱電偶前端圓珠形匹配的淺半圓形凹槽，起到平面限位的作用，避免試驗時熱電偶前端圓形感溫部的橫向移動，保證測溫過程中熱電偶與圓殼形非金屬材料彈體表面的可靠接觸。本實用新型的工作原理是在測溫熱電偶上安裝壓緊彈簧，并使其能夠在導向套管中自由滑動，利用彈簧產(chǎn)生軸向壓緊力，使測溫熱電偶前端感溫部緊密壓接在圓殼形非金屬材料彈體的表面上，在模擬高速導彈飛行的高溫氣動熱試驗過程中，當按照熱流、溫度曲線給非金屬材料圓殼形彈體表面熱加溫時，壓接在碳纖維復合材料導彈整流罩表面的熱電偶前端感溫部，可以始終穩(wěn)定地與非金屬材料彈體表面保持緊密接觸并地感知其溫度變化，通過計算機計算出高溫熱試驗過程中非金屬材料彈體表面的溫度變化情況。本實用新型與現(xiàn)有技術相比的有益效果是現(xiàn)有技術將測溫熱電偶傳感器粘接在非金屬材料彈體表面。由于粘接層具有一定的厚度，影響熱傳導速度，測溫響應滯后，另外，由于金屬絲熱電偶與非金屬材料的熱膨脹系數(shù)相差極大，在高溫時往往會產(chǎn)生脫膠分離，造成試驗失敗。本實用新型利用安裝在熱電偶高溫陶瓷管上的彈簧產(chǎn)生壓緊力，保證熱電偶前端感溫部與非金屬材料圓殼形彈體表面在高溫試驗過程中的緊密接觸。并且測溫熱電偶的固定位置處于遠離非金屬材料彈體的常溫區(qū)域，安裝方便可靠。由于熱電偶前端感溫部沒有粘接覆蓋層，熱電偶前端感溫部可迅速感知非金屬材料彈體表面溫度場的高速動態(tài)變化，消除了由粘接層引起的測溫滯后，使試驗結果更加準確、可靠。由于沒有粘接層，避免了清理熱電偶前端感溫部粘接層時的困難工作，因此重使用時非常方便。

圖1為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
[0014]如圖1所示，本實用新型由測溫熱電偶1、耐高溫陶瓷管2、金屬導向套管3、壓緊彈簧4、圓殼形非金屬材料彈體5、感溫部6、環(huán)形石英燈加熱陣列7、隔熱罩8、水平支架9、立柱連接桿10、導線11與計算機12組成。將測溫熱電偶I穿入圓柱形雙孔耐高溫陶瓷管2內(nèi)，插入到金屬導向套管3中，并且能夠上下自由滑動，耐高溫陶瓷管2上安裝有壓緊彈簧4，以產(chǎn)生縱向壓緊力使測溫熱電偶I的前端緊壓在圓殼形非金屬材料彈體5的表面上，測溫熱電偶I的前端點焊成圓珠形狀形成感溫部6，圓殼形非金屬材料彈體5的表面加工一個與測溫熱電偶I前端圓珠形感溫部6大小匹配的淺半圓形凹槽，圓珠狀感溫部6對準并落入淺半圓形凹槽之內(nèi)，淺半圓形凹槽可限制感溫部6的橫向移動，環(huán)形石英燈加熱陣列7位于給圓殼形非金屬材料彈體5的外周，給圓殼形非金屬材料彈體5的表面加熱模擬飛行時產(chǎn)生的高溫熱環(huán)境，環(huán)形石英燈加熱陣列7的外部安裝有耐高溫陶瓷纖維隔熱材料制成的隔熱罩8防止熱擴散，隔熱罩8由水平支架9和立柱連接桿10固定。在模擬導彈高速飛行時的高溫氣動熱環(huán)境試驗中，當按照溫度曲線對圓殼形非金屬材料彈體5的表面進行輻射加熱時，緊壓在殼形非金屬材料彈體5的表面淺半圓形凹槽內(nèi)的熱電偶I前端的感溫部6，會始終與圓殼形非金屬材料彈體5表面緊密接觸，感知圓殼形非金屬材料彈體5溫度的動態(tài)變化，并將溫度變化轉變?yōu)殡娦盘?，?jīng)導線11送入計算機12進行存儲與計算，得到高速導彈高溫試驗過程中，圓殼形非金屬材料彈體5表面的動態(tài)高溫變化數(shù)據(jù)。本實用新型說明書未詳細闡述部分屬于本領域公知技術。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求1.高速飛行器非金屬材料圓柱形殼體表面高溫測量裝置，其特征在于包括測溫熱電偶(I)、耐高溫陶瓷管(2)、金屬導向套管(3)、壓緊彈簧(4)、圓殼形非金屬材料彈體(5)、感溫部(6)、環(huán)形石英燈加熱陣列(7)、隔熱罩(8)、水平支架(9)和立柱連接桿(10);所述測溫熱電偶(I)穿入耐高溫陶瓷管(2)內(nèi)，插入到金屬導向套管(3)中，能夠在金屬導向套管(3)中自由滑動，耐高溫陶瓷管(2)上安裝有壓緊彈簧(4)，產(chǎn)生軸向壓緊力使測溫熱電偶(I)的前端緊壓在圓殼形非金屬材料彈體(5)的表面上，測溫熱電偶(I)的前端點焊成圓珠形狀形成感溫部(6 )，圓殼形非金屬材料彈體(5 )的表面加工一個與測溫熱電偶(I)前端的感溫部(6)大小匹配的淺半圓形凹槽,感溫部(6)對準并落入淺半圓形凹槽之內(nèi)，淺半圓形凹槽限制感溫部(6)的橫向移動；環(huán)形石英燈加熱陣列(7)位于圓殼形非金屬材料彈體(5)的外周，給圓殼形非金屬材料彈體(5)的表面加熱模擬飛行時產(chǎn)生的氣動熱環(huán)境；環(huán)形石英燈加熱陣列(7)的外部安裝有防止熱擴散的隔熱罩(8)，隔熱罩(8)由水平支架(9)和立柱連接桿(10)固定。
2.根據(jù)權利要求1所述的高速飛行器非金屬材料圓柱形殼體表面高溫測量裝置，其特征在于所述測溫熱電偶(I)由測量溫度高達1850°C、直徑為O. 8-1. 5mm的貴金屬鉬銠絲制成。
3.根據(jù)權利要求1所述的高速飛行器非金屬材料圓柱形殼體表面高溫測量裝置，其特征在于所述耐高溫陶瓷管(2)由耐1600°C高溫的剛玉材料制成。
4.根據(jù)權利要求1所述的高速飛行器非金屬材料圓柱形殼體表面高溫測量裝置，其特征在于所述隔熱罩(8)為耐1600°C高溫的陶瓷纖維隔熱材料制成。
5.根據(jù)權利要求1或3所述的高速飛行器非金屬材料圓柱形殼體表面高溫測量裝置，其特征在于所述耐高溫陶瓷管(2)為圓柱形雙孔管。
專利摘要高速飛行器非金屬材料圓柱形殼體表面高溫測量裝置，測溫熱電偶穿入耐高溫陶瓷管內(nèi)，插入到金屬導向套管中，能夠在金屬導向套管中自由滑動，耐高溫陶瓷管上安裝有壓緊彈簧，產(chǎn)生軸向壓緊力使測溫熱電偶的前端緊壓在圓殼形非金屬材料彈體的表面上，測溫熱電偶的前端點焊成圓珠形狀形成感溫部，圓殼形非金屬材料彈體的表面加工一個與測溫熱電偶前端的感溫部大小匹配的淺半圓形凹槽，感溫部對準并落入淺半圓形凹槽之內(nèi)，淺半圓形凹槽限制感溫部的橫向移動；環(huán)形石英燈加熱陣列位于圓殼形非金屬材料彈體的外周，環(huán)形石英燈加熱陣列的外部安裝有防止熱擴散的隔熱罩，隔熱罩由水平支架和立柱連接桿固定。
文檔編號G01K1/12GK202903355SQ201220407419
公開日2013年4月24日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權日2012年8月16日
發(fā)明者吳大方, 朱林, 周岸峰, 俞立平, 王岳武, 牟朦 申請人:北京航空航天大學