塞块式量热计隔热结构的改进与试验分析

朱新新, 杨庆涛, 王 辉, 杨 凯, 朱 涛

(中国空气动力研究与发展中心 超高速空气动力研究所, 四川 绵阳 621000)

0 引 言

以电弧风洞为代表的地面模拟试验设备能够较好地模拟飞行器进入大气层的加热过程[1-2]，用于其热防护结构[3-4]性能的考察，同时也能进一步验证防护材料热载荷设计与计算的合理性并加以改进[5-7]。在地面模拟试验的众多参数中，热流无疑是最为关键的参数之一，其测量精准度直接关系到流场模拟的准确性[8]。

塞块式量热计[9]因其结构简单、测试方便，经常用于电弧加热设备等超高声速风洞试验的热流测量。塞块式量热计基于能量平衡原理，假定除了气动加热面以外，其他面为绝热壁面，但在实际应用中很难保证其他面没有任何热传递，因此，如何最大程度地减少其他面的热损失[10]成为了塞块式量热计研制的关键问题之一。

常见的用以减少热损失的隔热方式有两种：一种是用隔热材料制作隔热套；另一种是在量热基体和安装结构之间设计空气隙。美国Ames Research Center的Nawaz等[11]比较研究了空气隙、气凝胶以及铜镍合金等隔热套(环)对塞块式量热计的影响，证明了空气隙隔热性能较好；但同时也指出空气隙结构在平板、端头和球头试验中差异比较明显[12]，因为在空气隙中会形成不同情形的绕流，从而不同程度地影响测试结果；另外，空气隙尺寸控制对工艺要求较高，与隔热套结构相比制作成本较高，使用也较为不便。中国空气动力研究与发展中心的杨庆涛等[13]将传统隔热套结构塞块式量热计的隔热套前段改进设计为尖楔状，以减小高温气流对隔热套的烧损和侧向传热，但所测热流偏低9%～20%，因此在其文中基于该结构设计了修正方法。……