。
[00巧]如圖4所示，被測量的燃燒室在噴管段外壁11和內壁12上需加工5個沉頭盲孔， 其中，沉頭盲孔中的大孔只位于外壁11中。5個盲孔中必線夾角為目，分別對應著內壁12 上的相鄰5個肋片的中必。盲孔深度控制根據孔底距離內壁面的距離L1~L5來確定，L1、 L2、L3、L4為逐漸增加的等差數列，L1取值盡可能小，根據加工精度在保證內壁不被穿透的 情況下一般取0. 4~0. 8mm，L4的取值要保證對應的熱電偶傳感器4的測量端位于溫度隨 徑向位置呈線性變化的區間，一般不大于2mm。
[0026] 螺柱3上半部加工有螺紋，底端插入燃燒室外壁11上加工的盲孔中，并焊接固定， 螺柱3焊接后的夾角為α，與環形壓板10兩缺口半圓柱面中必夾角相同。
[0027] 環形測溫模塊安裝后的示意圖見圖4和圖5。如圖4所示，測溫模塊安裝時，首先 將5支熱電偶傳感器4感溫端插入燃燒室外壁11上對應的沉頭盲孔的小孔中，絕熱襯套5 嵌入大孔中。然后將熱電偶傳感器4在彈黃8W上較細部分提前通過環形壓板10上的寬 度為d2的通槽穿入直徑Φd2的通孔中，接著將熱電偶傳感器4在擋片9W上部分（包括 彈黃8、支撐套7) -并套入環形壓板10上的盲孔Odl中，并用力下壓環形壓板10,使彈黃 8產生一定的壓縮量，同時使螺柱3分別穿過其兩端的馬蹄形缺口，然后使用螺母1掙入螺 柱3壓住環形壓板10。彈黃8壓縮后產生的力作用于擋片9使熱電偶傳感器4的感溫端與 燃燒室上的被測孔底面接觸。為確保測量效果，彈黃壓縮力一般取3~6N為宜，壓縮量一 般控制在10~15mm，可通過環形壓板10兩端馬蹄形缺口內側半圓柱面與螺柱3的配合實 現限位。彈黃8剛度可根據上述壓縮力和壓縮量的要求確定。如圖5所示，為防止在熱試 驗過程中螺母1產生松動引起環形壓板10抖動從而造成感溫端接觸不良，使用壓緊螺釘6 掙入環形壓板10兩端的Md3螺紋孔中，并壓緊螺柱3。
[0028] 熱電偶傳感器4在擋片9 W下的長度根據燃燒室外壁11和內壁12上的孔深相協 調，設計成兩種尺寸，L1~L4對應孔擋片下長度為相同尺寸，L5對應孔擋片下長度為另一 尺寸。本實例中彈黃剛度選為0. 335N/mm，彈黃壓縮量控制在15mm，送樣插入L1~L4對應 孔的熱電偶傳感器4上的彈黃壓縮量的最大差值在1. 2mm，產生的壓縮力的差別為0. 4N，受 力基本一致，并可實現L1~L4對應傳感器為同一規格。
[0029] 通過W下技術方案獲得燃燒室噴管段被測部位的熱流、氣壁溫、外壁溫參數：
[0030] 采用環形測溫模塊，通過環形壓板10將彈黃8壓縮力施加于5個長度不一的探針 式微型熱電偶傳感器4上，使之插入燃燒室室壁上不同深度的盲孔中，測得孔底位置的溫 度。利用直接測得的不同深度的壁溫數據，運用傅里葉定律計算得出熱流和氣壁溫：
[0031] 從Η維傳熱數值仿真結果來看，在距氣壁面2mm距離內，肋中必溫度隨距離氣壁 面的距離增加呈線性降低。因此，將4個熱電偶傳感器4感溫端布置在此線性變化區間內 并處于不同的深度層，獲得一組距離-溫度值化i，Twi)α= 1，2, 3, 4)。可由此組數據進 行線性擬合得到公式Twx=a·L+TwO;當L等于0時，Two即為氣壁溫；式中擬合直線的斜 率α等于溫度梯度，由傅里葉定律可知熱流密度f 如|;地二-乂U，式中λ為固壁材料的 導熱系數。測溫模塊中測量值Tw5即為外壁溫值。
【主權項】
1. 一種燃燒室室壁溫度梯度測量模塊，其特征在于：該模塊為環形結構，包括環形壓 板（10)、5支熱電偶傳感器（4)、彈簧（8)、擋片（9)、絕熱襯套（5)、支撐套（7);每支熱電偶 傳感器（4)感溫端處均焊接有圓盤形擋片（9)，熱電偶傳感器（4)在擋片（9)上部的一端穿 過支撐套（7)和彈簧（8)，支撐套（7)套入彈簧（8)內，一并套入環形壓板（10)中，熱電偶 傳感器（4)在擋片（9)以下部分穿入絕熱襯套（5)中。2. 根據權利要求1所述的燃燒室室壁溫度梯度測量模塊，其特征在于：所述的環形壓 板（10)為部分圓環板式結構，部分圓環的兩端沿圓環徑向均加工有馬蹄形缺口，缺口寬度 η比螺柱（3)外徑大，缺口內側為半圓柱面，兩缺口半圓柱面中心夾角α，每個缺口同一側 的板體上加工出Md3大小的螺紋通孔；在兩馬蹄形缺口之間均勻布置5個軸線夾角為β、 直徑為Φ(11的徑向盲孔，盲孔深度為Ldl，每個盲孔的底部對應一個同軸的直徑為Φ(12的 小通孔，且垂直于盲孔軸線方向向板的一側加工出寬度d2的通槽；d2比所裝配的熱電偶傳 感器（4)直徑大，dl比彈簧（8)外徑大，Ldl需小于彈簧（8)壓縮后的長度；螺柱（3)上半 部加工有螺紋，底端插入燃燒室外壁（11)上加工的盲孔中，并焊接固定，螺柱（3)焊接后的 夾角為α，與環形壓板（10)兩缺口半圓柱面中心夾角相冋。3. 根據權利要求2所述的燃燒室室壁溫度梯度測量模塊，其特征在于：被測量的燃燒 室在噴管段外壁（11)和內壁（12)上加工5個沉頭盲孔，沉頭盲孔中的大孔只位于外壁 (11)中；5個盲孔中心線夾角為β，分別對應著內壁（12)上的相鄰5個肋片的中心；盲孔 深度控制根據孔底距離內壁面的距離L1~L5來確定，LI、L2、L3、L4為逐漸增加的等差數 列。4. 根據權利要求3所述的燃燒室室壁溫度梯度測量模塊，其特征在于：L1、L2、L3、L4 為逐漸增加的等差數列，在保證內壁不被穿透的情況下取0. 4~0. 8mm，L4的取值要保證對 應的熱電偶傳感器（4)的測量端位于溫度隨徑向位置呈線性變化的區間，不大于2_。5. 根據權利要求1所述的燃燒室室壁溫度梯度測量模塊，其特征在于：所述的熱電偶 傳感器⑷在擋片（9)以下的長度設計成兩種尺寸，L1~L4對應孔擋片下長度為相同尺 寸，L5對應孔擋片下長度為另一尺寸。6. 根據權利要求3所述的燃燒室室壁溫度梯度測量模塊，其特征在于：測溫模塊安裝 時，首先將5支熱電偶傳感器（4)感溫端插入燃燒室外壁（11)上對應的沉頭盲孔的小孔 中，絕熱襯套（5)嵌入大孔中；然后將熱電偶傳感器（4)在彈簧（8)以上較細部分提前通過 環形壓板（10)上的寬度為d2的通槽穿入直徑Φ(12的通孔中，接著將熱電偶傳感器（4)在 擋片（9)以上部分一并套入環形壓板（10)上的盲孔Φ(11中，并用力下壓環形壓板（10)， 使彈簧（8)產生一定的壓縮量，同時使螺柱（3)分別穿過其兩端的馬蹄形缺口，然后使用螺 母（1)擰入螺柱（3)壓住環形壓板（10);彈簧（8)壓縮后產生的力作用于擋片（9)使熱電 偶傳感器（4)的感溫端與燃燒室上的被測孔底面接觸；為確保測量效果，彈簧壓縮力取3~ 6Ν為宜，壓縮量控制在10~15_，通過環形壓板（10)兩端馬蹄形缺口內側半圓柱面與螺 柱⑶的配合實現限位；使用壓緊螺釘（6)擰入環形壓板（10)兩端的Md3螺紋孔中，并壓 緊螺柱（3)。7. 根據權利要求1所述的燃燒室室壁溫度梯度測量模塊，其特征在于：通過以下方法 獲得燃燒室噴管段被測部位的熱流、氣壁溫、外壁溫參數：通過環形壓板（10)將彈簧（8)壓 縮力施加于5個長度不一的探針式微型熱電偶傳感器（4)上，使之插入燃燒室室壁上不同 深度的盲孔中，測得孔底位置的溫度；利用直接測得的不同深度的壁溫數據，運用傅里葉定 律計算得出熱流和氣壁溫；從三維傳熱數值仿真結果來看，在距氣壁面2_距離內，肋中 心溫度隨距離氣壁面的距離增加呈線性降低；將4個熱電偶傳感器（4)感溫端布置在此線 性變化區間內并處于不同的深度層，獲得一組距離-溫度值（Li，Twi) (i = 1，2, 3, 4);由此 組數據進行線性擬合得到公式：當L等于0時，TwO即為氣壁溫；式中擬合 直線的斜率ct等于溫度梯度，由傅里葉定律可知熱流密度式中λ為 固壁材料的導熱系數，測溫模塊中測量值Tw5即為外壁溫值。
【專利摘要】本發明屬于溫度測量技術領域，具體涉及一種液體火箭發動機燃燒室噴管段室壁溫度梯度測量模塊。該模塊為環形結構，包括環形壓板、5支熱電偶傳感器、彈簧、擋片、絕熱襯套、支撐套；每支熱電偶傳感器感溫端處均焊接有圓盤形擋片，熱電偶傳感器在擋片上部的一端穿過支撐套和彈簧，支撐套套入彈簧內，一并套入環形壓板中，熱電偶傳感器在擋片以下部分穿入絕熱襯套中。本發明可對燃燒室噴管段某一橫截面內的冷卻通道內壁結構溫度進行測量，從而獲得當地的熱流、氣壁溫、外壁溫等參數。
【IPC分類】G01K7/04
【公開號】CN105277291
【申請號】CN201410347169
【發明人】周偉, 宣智超, 楊繼東, 何偉鋒, 陳旭揚, 謝恒 , 王曉麗, 袁宇, 李曉旭, 盧明
【申請人】北京航天動力研究所
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2014年7月21日