一種燃燒室室壁溫度梯度測量模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于溫度測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室圓柱段室壁 溫度梯度測量模塊。
【背景技術(shù)】
[0002] 液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的工質(zhì)是3000KW上的高壓燃?xì)?，為了避免室壁發(fā)生燒 蝕破壞，在燃燒室內(nèi)壁和外壁之間設(shè)置有就槽式通道，引入低溫流體對室壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行冷卻。 通過燃燒室圓柱段室壁的熱流密度往往達(dá)到幾十MW/m2,結(jié)構(gòu)材料承受的溫差往往達(dá)到幾 百KW上，工作環(huán)境非常惡劣。因此，摸清推力室內(nèi)的傳熱過程是進(jìn)行合理的熱防護(hù)設(shè)計(jì)從 而保證燃燒室可靠工作乃至提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的最重要前提之一。
[0003] 燃燒室傳熱過程研究的途徑包括熱試驗(yàn)和仿真計(jì)算，兩者相輔相成，關(guān)鍵在于傳 熱試驗(yàn)中獲得熱流、氣壁溫等有價(jià)值測量數(shù)據(jù)。而由于就槽式冷卻結(jié)構(gòu)的肋寬、壁厚均很薄 (肋寬通常為1~2mm，壁厚一般只有0. 6~1mm)，很難在結(jié)構(gòu)中布置普通傳感器對熱流密 度、氣壁溫等參數(shù)進(jìn)行直接測量。
[0004] 傳統(tǒng)量熱式縮比燃燒室只能獲得某一區(qū)段內(nèi)的平均熱流，而受燃燒室內(nèi)燃燒過程 的影響，熱流沿軸向不同位置不盡相同，送樣就造成平均熱流無法準(zhǔn)確反映實(shí)際的當(dāng)?shù)責(zé)?流，且由于采用分段水冷身部，冷卻劑側(cè)結(jié)構(gòu)、傳熱狀態(tài)與全尺寸時(shí)相差較大，送種方法測 量值的應(yīng)用誤差較大。在內(nèi)壁埋入熱電偶的方法雖然可W直接測得氣壁溫度，但由于埋熱 電偶的加工淺槽的深度一般達(dá)到0. 5W上，而在此深度方向上結(jié)構(gòu)溫度變化可能到幾十K， 測得的氣壁溫值準(zhǔn)確度不太高。且由于插入傳感器時(shí)需要在內(nèi)外壁上加工通孔，還需要內(nèi) 壁淺槽表面電錐銅層保證密封，不但工藝復(fù)雜，而且容易出現(xiàn)缺陷。W往燃燒室外壁溫的測 量是通過在外壁面點(diǎn)焊熱電偶進(jìn)行測量，從實(shí)際情況來看，受外界熱環(huán)境、振動(dòng)環(huán)境等因素 影響，測量結(jié)果常常出現(xiàn)存在毛刺、失真等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室圓柱段室壁溫度梯度測量模 塊，可對燃燒室圓柱段冷卻通道內(nèi)壁結(jié)構(gòu)溫度進(jìn)行測量，從而獲得當(dāng)?shù)氐臒崃?、氣壁溫、?壁溫等參數(shù)。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：
[0007] -種燃燒室室壁溫度梯度測量模塊，該模塊為平板型結(jié)構(gòu)，包括平面形壓板、5支 熱電偶傳感器、彈黃、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黃，支撐套套入彈黃內(nèi)，一并套入平 面形壓板中；熱電偶傳感器在擋片W下部分穿入絕熱襯套中。
[0008] 所述的平面形壓板為平板凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，凸臺(tái)上加工有5個(gè)平底盲孔，盲孔內(nèi)徑比彈 黃外徑大，盲孔底部加工有同軸必的通孔，通孔孔徑比對應(yīng)的熱電偶傳感器的外徑大，且沿 垂直于通孔軸線方向向外側(cè)開出與通孔等寬的U形槽；平面形壓板凸臺(tái)兩側(cè)各伸出一耳 片，其上各加工一通孔，在耳片側(cè)面垂直于通孔方向加工出螺紋孔；盲孔和通孔的排列與燃 燒室外壁和內(nèi)壁上加工的孔的位置相對應(yīng)；熱電偶傳感器在擋片上部的一端穿過支撐套和 彈黃，支撐套套入彈黃內(nèi)，一并套入平面形壓板上的盲孔中，其中熱電偶傳感器在彈黃W上 較細(xì)部分提前通過平面形壓板上的U形槽穿入通孔中；熱電偶傳感器在擋片W下部分穿入 絕熱襯套中。
[0009]被測量的燃燒室在外壁和內(nèi)壁上加工個(gè)沉頭盲孔，沉頭盲孔中的大孔只位于外壁 中；5個(gè)盲孔分成平行的兩組，一組2個(gè)，一組3個(gè)，呈交錯(cuò)排列，每組的盲孔中必分別對應(yīng) 著內(nèi)壁上的相鄰兩個(gè)肋片的中必；盲孔深度控制根據(jù)孔底距離內(nèi)壁面的距離L1~L5來確 定，L1、L2、L3、L4為逐漸增加的等差數(shù)列，螺柱上半部加工有螺紋，底端插入燃燒室外壁上 加工的盲孔中，并焊接固定。
[0010]L1根據(jù)加工精度在保證內(nèi)壁不被穿透的情況下取0. 4~0. 8mm，L4要保證對應(yīng)的 熱電偶傳感器的測量端位于溫度隨徑向位置呈線性變化的區(qū)間，L4小于等于2mm。
[0011] 測溫模塊安裝時(shí)，把熱電偶傳感器感溫端插入燃燒室外壁上對應(yīng)的沉頭盲孔的小 孔中，絕熱襯套插入大孔中；用力下壓平面形壓板，使彈黃產(chǎn)生一定的壓縮量，并使螺柱分 別穿過其兩側(cè)耳片上的通孔，然后使用螺母掙入螺柱壓住平面形壓板；彈黃壓縮后產(chǎn)生的 力作用于擋片使熱電偶傳感器的感溫端與燃燒室上的被測孔底面接觸；安裝時(shí)通過平面形 壓板下沿距離外壁外表面的距離Lth進(jìn)行控制；壓緊螺釘掙入平面形壓板耳片側(cè)面的螺紋 孔中，并壓緊螺柱。
[001引所述的彈黃壓縮力取3~6N，壓縮量控制在10~15mm。
[0013]所述的熱電偶傳感器在擋片W下的長度根據(jù)燃燒室外壁和內(nèi)壁上的孔深確定，擋 片下長度設(shè)計(jì)成兩種尺寸，L1~L4對應(yīng)孔擋片下長度為相同尺寸，L5對應(yīng)孔擋片下長度為 另一尺寸。
[0014] 獲得燃燒室圓柱段被測部位的熱流、氣壁溫、外壁溫參數(shù)的方法如下：
[0015]采用平板式測溫模塊，通過平面形壓板將彈黃壓縮力施加于5個(gè)長度不一的探針 式微細(xì)（公稱直徑《Φ1.0)錯(cuò)裝熱電偶傳感器上，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?cái)?shù)據(jù)，運(yùn)用傅里葉定律計(jì)算得出 熱流和氣壁溫：
[0016] 從Η維傳熱數(shù)值仿真結(jié)果來看，在距氣壁面2mm距離內(nèi)，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(gè)熱電偶傳感器4感溫端布置在此線性變化區(qū)間內(nèi)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(shù)據(jù)進(jìn)行線 性擬合得到公式Twx=a'L+TwO;當(dāng)L等于0時(shí)，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= 式中λ為固壁材料的導(dǎo)熱 系數(shù)；測溫模塊中測量值Tw5即為外壁溫值。
[0017]本發(fā)明所取得的有益效果為：
[0018]本發(fā)明通過一個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)了對燃燒室圓柱段某一位置的熱流、氣壁溫和外壁溫度Η個(gè)參數(shù)的測量，具有高度的集成性。本發(fā)明利用彈黃壓縮力作為熱電偶壓緊力，可W通過 控制壓縮量實(shí)現(xiàn)對預(yù)緊力的定量控制，保證在熱試驗(yàn)振動(dòng)環(huán)境下熱電偶感溫端與被測表面 接觸良好W及測試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和有效性。本發(fā)明采用螺柱安裝、螺釘鎖緊，任一傳感器損 壞后可拆卸更換，具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。對被測推力室，只需在燃燒室室壁上加 工出一定深度的細(xì)小盲孔，即可滿足測量要求，對產(chǎn)品的傳熱過程和結(jié)構(gòu)承載能力影響小， 冷卻結(jié)構(gòu)可完全按照真實(shí)燃燒室進(jìn)行設(shè)計(jì)，可用于全尺寸或縮比燃燒室的傳熱過程研究。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明所述燃燒室室壁溫度梯度測量模塊Η維分解圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明所述燃燒室室壁溫度梯度測量模塊俯視圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明所述燃燒室室壁溫度梯度測量模塊C-C剖視圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明所述燃燒室室壁溫度梯度測量模塊A向視圖；
[0023] 圖5為本發(fā)明所述燃燒室室壁溫度梯度測量模塊B向視圖；
[0024] 圖中；1、螺母；2、平面形壓板；3、螺柱；4、熱電偶傳感器；5、絕熱襯套；6、壓緊螺 釘；7、支撐套；8、彈黃；9、擋片；11、外壁；12、內(nèi)壁；13、盲孔；14、通孔；15、U形槽。
【具體實(shí)施方式】
[00巧]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026] 如圖1所示，本發(fā)明所述液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室圓柱段室壁溫度梯度測量模塊為 平板型結(jié)構(gòu)，包括平面形壓板2、5支熱電偶傳感器4、彈黃8、擋片9、絕熱襯套5、支撐套7、 螺母1、螺柱3、壓緊螺釘6;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和彈黃8,支撐套7套入彈黃8內(nèi)，一并套入平面 形壓板2上的盲孔13中，其中熱電偶傳感器4在彈黃8W上較細(xì)部分提前通過平面形壓板 2上的U形槽15穿入通孔14中；熱電偶傳感器4在擋片9W下部分穿入絕熱襯套5中；
[0027] 如圖2~圖5所示，平面形壓板2為平板凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，凸臺(tái)上加工有5個(gè)平底盲孔13， 盲孔13內(nèi)徑比彈黃8外徑稍大，盲孔13底部加工有同軸必的通孔14,通孔14孔徑比對應(yīng) 的熱電偶傳感器4的外徑稍大，且沿垂直于通孔14軸線方向向外側(cè)開出與通孔14等寬的 U形槽15。平面形壓板2凸臺(tái)兩側(cè)各伸出一耳片，其上各加工一通孔，在耳片側(cè)面垂直于通 孔方向加工出螺紋孔。盲孔13和通孔14的排列與燃燒室外壁11和內(nèi)壁12上加工的孔的 位置相對應(yīng)。
[0028] 如圖4和圖5所示，被測量的燃燒室在外壁11和內(nèi)壁