姿控发动机试验热流参数测量系统设计

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1、第36卷第2期2010年4月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSl0NV01．36，No．2Apr．2010姿控发动机试验热流参数测量系统设计李志勋1，田健江-，张彤2(1西安航天动力试验技术研究所。陕西西安710100，2西安航天动力研究所。陕西西安710100)摘要：针对姿控发动机试验热流参数测试需求，在分析热流测量机理的基础上，提出了一种基于DTS00的高性价比热流参数测试方案。着重论述了系统组成及工作原理、热流传感器安装工艺、数据记录仪选型、软件设计方法、数据处理方法、系统校准方法及系统调试工作。经多次试车验证：系统操作简便，性能稳定，测量数据完整可靠。关键

2、词：姿控发动机；试验；热流测量；热流传感器中图分类号：V434文献标识码：A文章编号：(2010)02--0053--06DesignofheatfluxmeasurementsystemofattitudecontrolenginetestsLiZhixunl，TianJianjian91，ZhangTon92(1Xi'anAerospacePropulsionTestTechniqueInstitute，Xi"an710100，China；2Xi'anAerospacePropulsionInstitute，Xi'an710100，China)AbgtlBct：Tomeetth

3、edemandofheatfluxmeasurementofattitudecontrolen舀netests，aheatfluxmeasurementprogramaboutDTS00isproposedbasedOHtheanalysisoftheheatfluxmechanism．Thesystemcomposition，operationconcept，installationtechnologyofheatfluxsensol's，selectionofdatalogger,designofsystemsoftware，methodofdataprocessing，cal

4、ibrationmethodofsystemandthedebug百ngofthesystemalealldescribedinthepaper．Testresultsshowthatthesystemiseasytooperatewithstableperformanceandthedataisreliable．Keywords：attitudecontrolengine；test；heatfluxmeasurement；heatfluxsensor收稿日期：2009—12-02；修回日期：2010-㈣。作者简介：李志劝(1979一)，男，工程师，研究领域为发动机试验测控技术。5

5、4火箭推进2010年4月O引言火箭发动机作为航天器的推进装置，在为航天器提供飞行动力同时也带来了热防护问题。发动机工作过程所产生的高温燃气流主要以热辐射、热传导方式向发动机仪器舱传递大量的热量，若不采取有效的热防护措施，则有可能使舱内仪器在过热环境下工作，影响发动机系统工作的可靠性，因此，有必要对发动机仪器舱进行热防护设计，但前提是要了解发动机热源对仪器舱热量传递的大小。这就需要对仪器舱受热情况进行准确测量，为热防护设计提供可靠的依据。本文结合某型号姿控发动机试验热流参数测量需求，设计了一套高性能热流测量系统。现将热流测量原理、系统设计方案、系统校准方法及调试工作介绍如下。流测量要

6、求，采用接触测量方式较为合适。热阻式热流传感器原理如下【1】：基于热电堆测温原理，主要由低热传导率的薄片制成，假定一薄片的热导率为A，粘结在辐射物表面如图l所示，热流矢量方向与受热面相垂直，单位密度上的热量口将会穿过薄片，当达到热平衡后有q=A·AT／d(1)式中，△丁为薄片两边的温度差；A为薄片热传导率；d为薄片厚度。图1热流测量原理Fig．1Principleofheatfluxmeasurement1系统技术指标3系统硬件方案(1)热流传感器量程为±3．14Mw／m2，测量分辨率不低于47．1w／m2·斗V，响应时间为0．1秒，适用温度范围宽(一250。C～980％：)，精度

7、为5％；(2)24路差分模拟输入通道，测量量程为+lOmV一+lOV；(3)A／D分辨率为16位，采集速度为lO彪每通道每秒；(4)系统线性度优于0．05％，稳定度优于0．1％：(5)系统在长时间高温环境下运行，具有高的可靠性，无死机、失控和数据丢失现象发生。2热流测量原理目前固体表面热流测量有接触式测量和非接触式测量两种方式，其中接触式测量借助于热阻式热流传感器实现，非接触式测量基于辐射测温原理，通过对表面黑度和温度的测量、分析计算来实现。接触式测量可靠性高，精度好