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针对热防护材料研究而开展的地面模拟试验及飞行实验中,流场的热流密度、压力是研究热防护材料设计模型、性能预报准则、材料与环境相互机理最为关键的流场特征参数。而目前国内相关领域研究还较为滞后,热防护材料及结构发展急需成熟、可靠的实验测试技术。 本文研究了热流密度、压力测试技术的国内外技术现状和传统测试设备,分析了其存在的在工作时间、响应速度、工作方式等方面的局限性。在国外相关研究基础上,围绕热防护材料实验流场热流/压力复合测试这一主题,开展了如下几个方面的研究工作: 基于非稳态导热理论和温升法测量热流密度理论,建立探针测量的传热学模型。通过理论分析和有限元模拟分析,优选探针测头的材料与结构。 根据探针的设计要求,综合分析对比各种隔热材料性能,优选Y2O3稳定剂氧化锆陶瓷作为隔热材料。研究隔热层对测试精度的影响,综合探针的强度要求,完成隔热层结构外形设计。通过开孔外接导管并作相应隔热处理,完成探针测压功能的设计,并对设计方案进行气密性测试。 实验考核探针使用性能,测得不同氧气乙炔比下三种氧乙炔火焰类型的流场热流密度和压力,实验结果表明,探针工作性能良好,满足设计要求。分析了热壁效应,将所测热壁热流密度数据还原为实际工程需求的冷壁热流密度。