輻射熱流測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種真空環(huán)境下的輻射熱流測(cè)量裝置，包括腔壁溫度均勻、恒定的等溫腔體，等溫腔體上端設(shè)置有若干熱絕緣支撐柱以支撐金屬箔片，等溫腔體的底部和上部設(shè)置有薄膜加熱器和測(cè)溫用傳感器，等溫腔體側(cè)面對(duì)稱位置有四個(gè)安裝孔；金屬箔片上下表面的至少一側(cè)涂覆有絕緣層，絕緣層上方通過濺射法交錯(cuò)設(shè)置銅條帶和鎳條帶，銅條帶平行布置，鎳條帶平行布置，兩者之間在端部形成接點(diǎn)一和接點(diǎn)二，在銅條帶和鎳條帶上涂覆有絕緣層。本發(fā)明的測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)了真空環(huán)境下的輻射熱流的準(zhǔn)確和快速測(cè)量，提高了航天器真空熱試驗(yàn)外熱流的準(zhǔn)確測(cè)量和快速測(cè)量能力，降低了試驗(yàn)誤差，提高了試驗(yàn)精度。
【專利說明】輻射熱流測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航天器熱試驗(yàn)領(lǐng)域，具體來說，本發(fā)明涉及一種用于真空環(huán)境下輻射 熱流密度的測(cè)量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在航天器真空熱試驗(yàn)中，需要利用外熱流模擬設(shè)備模擬航天器在軌的到達(dá)熱流密 度，空間環(huán)境對(duì)航天器熱流的影響主要是輻射熱流，對(duì)流和導(dǎo)熱流可以忽略不計(jì)，并且利用 熱流測(cè)量裝置測(cè)量熱流密度。外熱流的測(cè)量準(zhǔn)確性和瞬態(tài)響應(yīng)特性對(duì)外熱流的模擬準(zhǔn)確性 起著至關(guān)重要的作用，外熱流模擬的準(zhǔn)確度將直接影響航天器熱平衡試驗(yàn)的溫度水平和試 驗(yàn)誤差。
[0003] 現(xiàn)有的真空環(huán)境下的熱流測(cè)量裝置基本原理主要包含基于溫度梯度原理（以 Gardon式為代表）、半無限大物體溫度測(cè)量原理（以同軸熱電偶、紅外測(cè)溫為代表）和熱 量計(jì)原理（以金屬塊式熱量計(jì)為代表），其中應(yīng)用較為廣泛的是Gardon式熱流計(jì)、熱量計(jì)。 而Gadrdon式熱流計(jì)適合測(cè)量大熱流，且需要水冷熱沉。熱量計(jì)基于溫度梯度熱量計(jì)的原 理進(jìn)行設(shè)計(jì)的，即利用集總參數(shù)法，得到敏感片的溫度變化情況，根據(jù)溫度得到熱流密度的 大小。在航天器熱試驗(yàn)范圍內(nèi)常用的有兩種。一種熱流計(jì)是絕熱型熱流計(jì)，將敏感片放置 于隔熱多層上面，假設(shè)敏感片背面絕熱，敏感片正面的熱流密度引起敏感片本身溫度變化， 根據(jù)溫度可以得到外熱流的大小，主要用于穩(wěn)態(tài)輻射熱流測(cè)量。另一種熱流計(jì)稱為熱屏等 溫型熱流計(jì)，是將敏感片隔熱安裝于一個(gè)內(nèi)凹的等溫盒內(nèi)，在使用之前進(jìn)行標(biāo)定，得到敏感 片、等溫盒和輻射外熱流之間的關(guān)系式，正式使用時(shí)，測(cè)量敏感片溫度數(shù)據(jù)、等溫盒溫度，通 過標(biāo)定關(guān)系式計(jì)算輻射熱流密度，可以用來測(cè)量瞬態(tài)熱流。
[0004] Gardon式熱流計(jì)在測(cè)量低熱流、需要安裝多個(gè)熱流計(jì)和真空密封環(huán)境下測(cè)量時(shí)， 存在安裝困難、精確度不高等問題；絕熱型熱流計(jì)主要測(cè)量穩(wěn)態(tài)熱流，是假設(shè)背面是絕熱環(huán) 境，但是實(shí)際上背面是存在漏熱的，測(cè)量穩(wěn)態(tài)熱流存在誤差；熱屏等溫型熱流計(jì)是對(duì)敏感片 的溫度變化速率進(jìn)行處理，根據(jù)標(biāo)定式計(jì)算出輻射熱流密度的大小，但是由于輻射換熱的 特點(diǎn)和敏感片熱容的影響，在換熱體溫差很小時(shí)，換熱效率非常低，因此敏感片的溫度在平 衡之前變化非常緩慢，在測(cè)量瞬態(tài)熱流時(shí)存在較大誤差。
[0005] 因此，為了實(shí)現(xiàn)航天器真空熱試驗(yàn)的外熱流精確測(cè)量，必須設(shè)計(jì)新的輻射熱流測(cè) 量裝置，同時(shí)滿足穩(wěn)態(tài)熱流和瞬態(tài)熱流的測(cè)量，降低試驗(yàn)誤差，提高試驗(yàn)精度和試驗(yàn)水平。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種真空環(huán)境下的輻射熱流測(cè)量裝置，能夠準(zhǔn)確 測(cè)量輻射穩(wěn)態(tài)熱流密度和瞬態(tài)熱流密度，實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境下的輻射熱流密度的準(zhǔn)確和快速測(cè) 量。本發(fā)明能夠?yàn)檎婵窄h(huán)境下的輻射熱流測(cè)量提供技術(shù)保障。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0008] -種真空環(huán)境下的輻射熱流測(cè)量裝置，包括腔壁溫度均勻、恒定的等溫腔體，等溫 腔體上端設(shè)置有若干熱絕緣支撐柱以支撐金屬箔片，等溫腔體的底部和上部設(shè)置有薄膜加 熱器和測(cè)溫用傳感器，等溫腔體側(cè)面對(duì)稱位置有四個(gè)安裝孔；金屬箔片上下表面的至少一 側(cè)涂覆有絕緣層，絕緣層上方通過濺射法交錯(cuò)設(shè)置銅條帶和鎳條帶，銅條帶平行布置，鎳條 帶平行布置，兩者之間在端部形成接點(diǎn)一和接點(diǎn)二，在銅條帶和鎳條帶上涂覆有絕緣層。金 屬箔片的上下表面分別涂覆發(fā)射率不同的兩種材料，兩種材料直接涂敷在絕緣層上或者箔 片上，發(fā)射率不同的兩種材料在絕緣層或者箔片上交錯(cuò)形成發(fā)射率不同的涂層一和涂層 二，涂層一和涂層二之間形成結(jié)合界面，分別覆蓋銅鎳接點(diǎn)一和接點(diǎn)二的對(duì)應(yīng)區(qū)域且為對(duì) 稱線對(duì)稱分布或沿徑向均勻分布，金屬箔片上表面的涂層一、涂層二分別對(duì)應(yīng)于金屬箔片 下表面的涂層-和涂層一，其中，在接點(diǎn)一或者接點(diǎn)-的始端和終端分別連接有引線。
[0009] 進(jìn)一步地，金屬箔片為方形或者圓形；
[0010] 進(jìn)一步地，引線連接有電勢(shì)采集裝置；
[0011] 進(jìn)一步地，所述金屬箔片為不銹鋼箔或銅箔或鋁箔；
[0012] 進(jìn)一步地，所述濺射法包括磁控濺射鍍膜或離子輔助沉積熱電堆形式實(shí)現(xiàn)；
[0013] 進(jìn)一步地，所述涂覆絕緣層包括氧化硅或氧化鋁。
[0014] 其中，兩種材料之一為黑漆、白漆或灰漆；另一種為鋁粉漆或金粉漆。
[0015] 其中，等溫腔體的材料包括鋁、銅、銀或其合金。
[0016] 其中，支撐柱的材料包括聚四氟乙烯、聚酰亞胺或玻璃鋼。
[0017] 本發(fā)明所提供的輻射熱流測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)了真空環(huán)境下的輻射熱流的準(zhǔn)確和快速 測(cè)量，提高了航天器真空熱試驗(yàn)外熱流的準(zhǔn)確測(cè)量和快速測(cè)量能力，降低了試驗(yàn)誤差，提高 了試驗(yàn)精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明的輻射熱流測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖中，1、金屬箔片；2、支撐柱；3、等溫腔體；4、薄膜加熱器；5、溫度傳感器。
[0020] 圖2是本發(fā)明的輻射熱流測(cè)量裝置中金屬箔片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖中，6、銅條帶；7、鎳條帶；8、接點(diǎn)一；9、涂層一；10、涂層二；11、接點(diǎn)二；12、數(shù) 據(jù)采集裝置。
[0022] 其中，輻射熱流測(cè)量裝置中的金屬箔片包括金屬箔片本身、銅帶條、鎳帶條及箔片 上下涂覆的涂層。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的輻射熱流測(cè)量裝置的金屬箔片的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明，但 該描述僅僅示例性的，并不旨在對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行任何限制。
[0024] 實(shí)施例1金屬箔片為鋁箔，箔片的下表面層設(shè)置有絕緣層
[0025] 參照?qǐng)D1，圖1是本發(fā)明的輻射熱流測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，本發(fā)明的一種 輻射熱流測(cè)量裝置，包括腔壁溫度均勻恒定的等溫腔體3,等溫腔體3上端設(shè)置有若干熱絕 緣支撐柱2以支撐金屬箔片1，等溫腔體的底部和上部設(shè)置有薄膜加熱器4和測(cè)溫用溫度傳 感器5,等溫腔體側(cè)面對(duì)稱位置有四個(gè)安裝孔。
[0026] 圖2為本發(fā)明的輻射熱流測(cè)量裝置的金屬箔片結(jié)構(gòu)示意圖，金屬箔片1下表面?zhèn)?涂覆有絕緣層，而另一相對(duì)的側(cè)面上不設(shè)置絕緣層，絕緣層上方通過濺射法交錯(cuò)設(shè)置銅條 帶6和鎳條帶7,銅條帶6平行布置，鎳條帶7平行布置，兩者之間在端部形成接點(diǎn)一 8和接 點(diǎn)二11，在銅條帶6和鎳條帶7上涂覆有絕緣層。金屬箔片1的上下表面分別涂覆發(fā)射率 不同的兩種材料，兩種材料直接涂敷在絕緣層上或者箔片上，發(fā)射率不同的兩種材料在絕 緣層或者箔片上交錯(cuò)形成發(fā)射率不同的涂層一 9和涂層二10,涂層一 9和涂層二10之間形 成結(jié)合界面，分別覆蓋銅鎳接點(diǎn)一 8和接點(diǎn)二11的對(duì)應(yīng)區(qū)域且為對(duì)稱線對(duì)稱分布或沿徑向 均勻分布，金屬箔片上表面的涂層一、涂層二分別對(duì)應(yīng)于金屬箔片下表面的涂層二10和涂 層一 9,其中，在接點(diǎn)一或者接點(diǎn)二的始端和終端分別連接有引線，引線連接有數(shù)據(jù)采集裝 置12 (電勢(shì)采集裝置）。
[0027] 涂層一 9和涂層二10的發(fā)射率需滿足一定的關(guān)系，圖2中金屬箔片1上表面?zhèn)纫?邊發(fā)射率為al，另一邊發(fā)射率為a2,下表面對(duì)應(yīng)位置發(fā)射率為a2和al。則需滿足al尹a2， 若al/a2?l或al/a2〈〈l則更合適。如涂層一 9的材料為黑漆（S721-SR107等）、白漆（S781 等）、灰漆（S956灰漆）等高吸收率材料，涂層二10可涂金屬漆（S781鋁粉漆、金粉漆、銀粉 漆）等低吸收率材料。
[0028] 盡管上文對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】給予了詳細(xì)描述和說明，但是應(yīng)該指明的是， 我們可以依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生的功能作 用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種真空環(huán)境下的輻射熱流測(cè)量裝置，包括腔壁溫度均勻、恒定的等溫腔體，等溫腔 體上端設(shè)置有若干熱絕緣支撐柱以支撐金屬箔片，等溫腔體的底部和上部設(shè)置有薄膜加熱 器和測(cè)溫用傳感器，等溫腔體側(cè)面對(duì)稱位置有四個(gè)安裝孔；金屬箔片上下表面的至少一側(cè) 涂覆有絕緣層，絕緣層上方通過濺射法交錯(cuò)設(shè)置銅條帶和鎳條帶，銅條帶平行布置，鎳條帶 平行布置，兩者之間在端部形成接點(diǎn)一和接點(diǎn)二，在銅條帶和鎳條帶上涂覆有絕緣層。金屬 箔片的上下表面分別涂覆發(fā)射率不同的兩種材料，兩種材料直接涂敷在絕緣層上或者箔片 上，發(fā)射率不同的兩種材料在絕緣層或者箔片上交錯(cuò)形成發(fā)射率不同的涂層一和涂層二， 涂層一和涂層二之間形成結(jié)合界面，分別覆蓋銅鎳接點(diǎn)一和接點(diǎn)二的對(duì)應(yīng)區(qū)域且為對(duì)稱線 對(duì)稱分布或沿徑向均勻分布，金屬箔片上表面的涂層一、涂層二分別對(duì)應(yīng)于金屬箔片下表 面的涂層-和涂層一，其中，在接點(diǎn)一或者接點(diǎn)-的始端和終端分別連接有引線。
2. 如權(quán)利要求1所述的輻射熱流測(cè)量裝置，其中，金屬箔片為方形或者圓形。
3. 如權(quán)利要求1所述的輻射熱流測(cè)量裝置，其中，引線連接有電勢(shì)采集裝置。
4. 如權(quán)利要求1所述的輻射熱流測(cè)量裝置，其中，所述金屬箔片為不銹鋼箔或銅箔或 鋁箔。
5. 如權(quán)利要求1所述的輻射熱流測(cè)量裝置，其中，所述濺射法包括磁控濺射鍍膜或離 子輔助沉積熱電堆形式實(shí)現(xiàn)。
6. 如權(quán)利要求1所述的輻射熱流測(cè)量裝置，其中，所述涂覆絕緣層包括氧化硅或氧化 錯(cuò)。
7. 如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的輻射熱流測(cè)量裝置，其中，兩種材料之一為黑漆、白漆 或灰漆；另一種為錯(cuò)粉漆或金粉漆。
8. 如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的輻射熱流測(cè)量裝置，其中，等溫腔體的材料包括鋁、 銅、銀或其合金。
9. 如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的輻射熱流測(cè)量裝置，其中，支撐柱的材料包括聚四氟 乙烯、聚酰亞胺或玻璃鋼。
【文檔編號(hào)】G01K17/06GK104122010SQ201410361140
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】高慶華, 郄殿福, 畢研強(qiáng), 王晶, 孫玉瑋, 劉志強(qiáng), 郎冠卿 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所