一种防热层层间温度及碳化程度复合测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种防热层层间温度及碳化程度复合测量装置和方法，其中，该方法包括：芯棒组件和中空结构的底座，芯棒组件安装在底座上；芯棒组件包括：上芯棒、下芯棒、一次缠绕保护层、二次缠绕保护层、合金丝和至少一个热电偶；上芯棒和下芯棒连接；一次缠绕保护层包裹在上芯棒和下芯棒的外表面；二次缠绕保护层包裹在一次缠绕保护层的外表面；合金丝设置在一次缠绕保护层与上芯棒和下芯棒的外表面之间，以及，二次缠绕保护层与一次缠绕保护层之间；至少一个热电偶分别内嵌在上芯棒和下芯棒中。通过本发明专利技术克服了不能同时测量同一位置的层间温度和热解碳化程度的问题，提高了获取的测量数据的准确性，以及，测量数据的可分析度。

Composite measuring device and method for heat protection layer temperature and carbonization degree

The invention discloses a heat-resistant layer temperature and carbonization degree of composite measuring device and method, wherein, the method comprises: a base mandrel assembly and hollow structure, the mandrel assembly is installed on the base; the mandrel assembly includes upper and lower core rod, a wound protective layer, two layer, alloy wire winding protection and at least one thermocouple; on the mandrel and the mandrel connection; a winding protection layer on the outer surface of the mandrel and the mandrel; the two winding protection layer on the outer surface of a wound protective layer; alloy wire is arranged in a winding between the protective layer and the upper and lower core rod outer mandrel the surface and the two winding, the protective layer and a protective layer between the winding; at least one thermocouple respectively embedded in the upper and lower core rod. The invention overcomes the problem that the interlayer temperature and the degree of pyrolysis and carbonization can not be measured simultaneously at the same location, thereby improving the accuracy of the acquired measurement data and the analysis of the measured data.

【技术实现步骤摘要】
一种防热层层间温度及碳化程度复合测量装置和方法
本专利技术测量
，尤其涉及一种防热层层间温度及碳化程度复合测量装置和方法。
技术介绍
临近空间飞行器以高超声速飞行，气动加热将致使防热层温度升高并产生温度梯度。对于应用较广泛的树脂基材料防热层而言，长时间的飞行将产生严重的烧蚀、热解及碳化，在飞行试验中防热层的层间温度的测量有助于了解飞行热环境的严酷程度，并能用于判断烧蚀；对防热层的热解碳化程度的测量有助于判断防热层状态。基于层间温度的测量数据和热解碳化程度的测量数据，可以完善树脂基材料防热层在临近空间飞行条件下的烧蚀、热解及温度场的计算方法。目前，通常是通过分层温度传感器对防热材料层的层间温度进行测量，通过连续式测量烧蚀传感器对防热材料层的碳化程度进行测量。分层温度传感器和连续式测量烧蚀传感器之间相互独立，安装在防热材料层的不同位置处，也即，分层温度传感器和连续式测量烧蚀传感器之间存在一定的安装距离。然而，由于临近空间飞行器热环境分布的复杂性，分层温度传感器和连续式测量烧蚀传感器之间的安装距离通常会影响测量得到的层间温度测量数据和热解碳化程度测量数据的准确性，对测量数据的分析以及测量目的的实现将带来不利的影响。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种防热层层间温度及碳化程度复合测量装置和方法，旨在克服不能同时测量同一位置的层间温度和热解碳化程度的问题，提高了获取的测量数据的准确性，以及，测量数据的可分析度。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种防热层层间温度及碳化程度复合测量装置，包括：芯棒组件(1)和中空结构的底座(2)，所述芯棒组件(1)安装在所述底座(2)上；其中，所述芯棒组件(1)包括：上芯棒(11)、下芯棒(12)、一次缠绕保护层(13)、二次缠绕保护层(14)、合金丝(15)和至少一个热电偶；所述上芯棒(11)和所述下芯棒(12)连接；所述一次缠绕保护层(13)包裹在所述上芯棒(11)和所述下芯棒(12)的外表面；所述二次缠绕保护层(14)包裹在所述一次缠绕保护层(13)的外表面；所述合金丝(15)设置在所述一次缠绕保护层(13)与所述上芯棒(11)和所述下芯棒(12)的外表面之间，以及，所述二次缠绕保护层(14)与所述一次缠绕保护层(13)之间；所述至少一个热电偶分别内嵌在所述上芯棒(11)和所述下芯棒(12)中。在上述防热层层间温度及碳化程度复合测量装置中，所述上芯棒(11)为凹字型结构，包括：凹型槽(111)、第一安装槽(112)、以及、设置在所述第一安装槽(112)的槽两端的第一通孔(1121)和第二通孔(1122)；其中，所述第一安装槽(112)设置在所述上芯棒(11)的远离所述凹型槽(111)的一端的顶面；所述下芯棒(12)为凸字型结构，包括：与所述凹型槽(111)相匹配的凸台(121)、第二安装槽(122)、第三安装槽(123)、第四安装槽(124)、以及、设置在所述第二安装槽(122)的槽两端的第三通孔(1221)和第四通孔(1222)、设置在所述第三安装槽(123)的槽两端的第五通孔(1231)和第六通孔(1232)、设置在所述第四安装槽(124)的槽两端的第七通孔(1241)和第八通孔(1242)；其中，所述第二安装槽(122)设置在所述凸台(121)的顶面；第三安装槽(123)和第四安装槽(124)分别设置在所述凸台(121)的左右两肩。在上述防热层层间温度及碳化程度复合测量装置中，所述至少一个热电偶包括：第一热电偶(161)、第二热电偶(162)、第三热电偶(163)和第四热电偶(164)；所述第一热电偶(161)、第二热电偶(162)、第三热电偶(163)和第四热电偶(164)依次对应设置在所述第一安装槽(112)、第二安装槽(122)、第三安装槽(123)和第四安装槽(124)内；其中，各个热电偶与各个安装槽之间的间隙处填充环氧树脂；各热电偶的引线处包裹有陶瓷套管；各热电偶的引线分别从对应的通孔处引出，并从所述底座(2)的中空处穿出。在上述防热层层间温度及碳化程度复合测量装置中，所述合金丝(15)包括：连接在一起的第一部分合金丝(151)和第二部分合金丝(152)；所述第一部分合金丝(151)从所述下芯棒(12)的下方起、至所述上芯棒(11)的上方止，缠绕在所述上芯棒(11)和所述下芯棒(12)的外表面；所述一次缠绕保护层(13)包裹在所述第一部分合金丝(151)外侧；所述第二部分合金丝(152)从所述上芯棒(11)的上方起、至所述下芯棒(12)的下方止，缠绕在所述一次缠绕保护层(13)的外表面；所述二次缠绕保护层(14)包裹在所述第二部分合金丝(152)外侧。在上述防热层层间温度及碳化程度复合测量装置中，在所述第一部分合金丝(151)缠绕在所述上芯棒(11)和所述下芯棒(12)的外表面之后，芯棒组件(1)的当前总直径为D1；在所述第二部分合金丝(52)缠绕在所述一次缠绕保护层(3)的外表面之后，芯棒组件(1)的当前总直径为D2；在所述二次缠绕保护层(4)包裹在所述第二部分合金丝(52)外侧之后，芯棒组件(1)的当前总直径为D3；其中，D1与D2的差值不大于1mm；D2与D3的差值不小于2mm。在上述防热层层间温度及碳化程度复合测量装置中，所述底座(2)为柱状翻边中空结构；所述底座(2)与下芯棒(12)之间采用型面配合、限制下芯棒(12)的旋转自由度和纵向自由度的方式连接。在上述防热层层间温度及碳化程度复合测量装置中，所述底座(2)、上芯棒(11)和下芯棒(12)为树脂基复合材料；所述上芯棒(11)和所述下芯棒(12)通过环氧树脂粘接；所述合金丝(15)为6J20软态镍铬基合金丝；所述一次缠绕保护层(13)为有机纤维布，呈薄壳柱状结构；所述二次缠绕保护层(14)为树脂基复合材料，呈薄壳柱状结构。相应的，本专利技术还公开了一种防热层层间温度及碳化程度复合测量方法，包括：在临近空间飞行器飞行时，通过内嵌在上芯棒和下芯棒中的至少一个热电偶输出电信号；根据输出的电信号，确定所述防热层当前位置的层间温度；获取合金丝的电阻变化状态；其中，所述合金丝分别设置在一次缠绕保护层与所述上芯棒和所述下芯棒的外表面之间，和，二次缠绕保护层与所述一次缠绕保护层之间；根据获取的合金丝的电阻变化状态，确定所述防热层当前位置的实时碳化量；输出所述当前位置的层间温度和实时碳化量。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术可以对防热层同一位置处的层间温度和碳化程度同时进行测量，实现了临近飞行器同一部位的两类测量(层间温度测量和碳化程度测量)的同时执行，使得两类测量的测量数据之间可以相互印证，提高了测量数据的可分析度。(2)本专利技术以单点位置测量的代价实现了对层间温度和碳化程度的同时测量，节省了传感器的数量。(3)相比现有的连续式烧蚀传感器，本专利技术解决了传感器本身碳化程度与飞行器防热层碳化程度不一致的问题。附图说明图1是是本专利技术实施例中一种防热层层间温度及碳化程度复合测量装置的结构示意图；图2是图1中位置A处的局部放大示意图；图3是本专利技术实施例中一种芯棒组件的俯视图；图4是本专利技术实施例中一种防热层层间温度及碳化程度复合测量方法的步骤流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防热层层间温度及碳化程度复合测量装置，其特征在于，包括：芯棒组件(1)和中空结构的底座(2)，所述芯棒组件(1)安装在所述底座(2)上；其中，所述芯棒组件(1)包括：上芯棒(11)、下芯棒(12)、一次缠绕保护层(13)、二次缠绕保护层(14)、合金丝(15)和至少一个热电偶；所述上芯棒(11)和所述下芯棒(12)连接；所述一次缠绕保护层(13)包裹在所述上芯棒(11)和所述下芯棒(12)的外表面；所述二次缠绕保护层(14)包裹在所述一次缠绕保护层(13)的外表面；所述合金丝(15)设置在所述一次缠绕保护层(13)与所述上芯棒(11)和所述下芯棒(12)的外表面之间，以及，所述二次缠绕保护层(14)与所述一次缠绕保护层(13)之间；所述至少一个热电偶分别内嵌在所述上芯棒(11)和所述下芯棒(12)中。

【技术特征摘要】
1.一种防热层层间温度及碳化程度复合测量装置，其特征在于，包括：芯棒组件(1)和中空结构的底座(2)，所述芯棒组件(1)安装在所述底座(2)上；其中，所述芯棒组件(1)包括：上芯棒(11)、下芯棒(12)、一次缠绕保护层(13)、二次缠绕保护层(14)、合金丝(15)和至少一个热电偶；所述上芯棒(11)和所述下芯棒(12)连接；所述一次缠绕保护层(13)包裹在所述上芯棒(11)和所述下芯棒(12)的外表面；所述二次缠绕保护层(14)包裹在所述一次缠绕保护层(13)的外表面；所述合金丝(15)设置在所述一次缠绕保护层(13)与所述上芯棒(11)和所述下芯棒(12)的外表面之间，以及，所述二次缠绕保护层(14)与所述一次缠绕保护层(13)之间；所述至少一个热电偶分别内嵌在所述上芯棒(11)和所述下芯棒(12)中。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上芯棒(11)为凹字型结构，包括：凹型槽(111)、第一安装槽(112)、以及、设置在所述第一安装槽(112)的槽两端的第一通孔(1121)和第二通孔(1122)；其中，所述第一安装槽(112)设置在所述上芯棒(11)的远离所述凹型槽(111)的一端的顶面；所述下芯棒(12)为凸字型结构，包括：与所述凹型槽(111)相匹配的凸台(121)、第二安装槽(122)、第三安装槽(123)、第四安装槽(124)、以及、设置在所述第二安装槽(122)的槽两端的第三通孔(1221)和第四通孔(1222)、设置在所述第三安装槽(123)的槽两端的第五通孔(1231)和第六通孔(1232)、设置在所述第四安装槽(124)的槽两端的第七通孔(1241)和第八通孔(1242)；其中，所述第二安装槽(122)设置在所述凸台(121)的顶面；第三安装槽(123)和第四安装槽(124)分别设置在所述凸台(121)的左右两肩。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述至少一个热电偶包括：第一热电偶(161)、第二热电偶(162)、第三热电偶(163)和第四热电偶(164)；所述第一热电偶(161)、第二热电偶(162)、第三热电偶(163)和第四热电偶(164)依次对应设置在所述第一安装槽(112)、第二安装槽(122)、第三安装槽(123)和第四安装槽(124)内；其中，各个热电偶与各个安装槽之间的间隙处填充环氧树脂；各热电偶的引线处包裹有陶瓷套...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟华，季妮芝，杨红亮，刘泉，高扬，王振峰，周启超，颜维旭，刘波，王少慧，
申请(专利权)人：北京临近空间飞行器系统工程研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11