基于恒热流法的曲面对流换热系数测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种曲面片材的表面对流换热系数的测量装置，所述测量装置包括：至少一个电加热垫，所述电加热垫是柔性的，使得其可弯曲成与所述片材的内表面同样的形状，所述电加热垫包括绝缘传热层、加热元件层和绝缘隔热层，所述加热元件层固定地连接在所述绝缘传热层与所述绝缘隔热层之间，所述电加热垫构造成使得所述绝缘传热层与所述片材的内表面的第一表面紧密接触；至少一个温度传感器，所述温度传感器连接于在所述片材的与所述内表面的第一表面相对的外表面的第二表面上；控制装置，用于控制电加热垫的需要被控制的参数。本发明专利技术还包括一种用上述的测量装置测量片材的对流换热系数的测量方法。

Surface convection heat transfer coefficient measuring device based on constant heat flow method

The measuring device of the invention provides a surface sheet surface convective heat transfer coefficient, the measurement device includes at least one electric heating pad, wherein the electric heating pad is flexible, so it can be bent into the sheet and the inner surface of the same shape, the electric heating pad comprises an insulating layer of heat transfer and the heating element layer and the insulating layer, the heating element layer is fixedly connected between the insulating layer and the heat transfer in the heat insulating layer, the electric heating pad is configured such that the first surface in close contact the inner surface of the insulation layer and the heat transfer sheet; at least one temperature sensor, the the temperature sensor is connected to the first surface of the sheet and the inner surface of the outer surface of the second surface opposite; control device for controlling the electric heating pad parameters need to be controlled. The invention also includes a method of measuring the convective heat transfer coefficient of the sheet using the measuring device described above.

【技术实现步骤摘要】
基于恒热流法的曲面对流换热系数测量装置
本专利技术涉及一种用于曲面表面对流换热系数的测量装置。具体地涉及一种借助风洞测量机翼前缘外表面对流换热系数的测量方法。
技术介绍
航空实践表明,飞机结冰是重要的飞行安全隐患之一,它成为了航空工业中必须关注的问题，也是通过风洞试验进行适航取证时必须要做的一个试验。而飞机机翼的结冰状态与飞机机翼的对流换热系数有关。目前航空工业领域内，关注表面的对流换热系数通常是通过数值模拟来获取，虽然目前数值模拟的方法已经比较成熟，但是作为飞机防冰系统等领域的重要设计输入，且作为防护表面的主要换热形式会直接影响到冰的增长方式和结冰类型，因此仍需试验来进行验证。对流换热系数主要与关注表面的形状和流体速度、流体特性等参数有关，根据对流换热系数的相关公式h=q/(ts-t0)，通常测量对流换热系数有恒壁温和恒热流两种方法。恒壁温法需要精确控制表面的温度，且在外部强对流的环境下，则需对局部位置的加热源进行单独控制以满足任何一个被测点的温度相同，从而根据不同加热功率计算对流换热系数，实现过程较为复杂。恒热流法则需要恒定地输出热流密度，确保被测表面任何位置处的加热热流密度相同，采用一块热功率输出均匀的加热器即可满足该要求。本专利技术将基于恒热流法提出一种用于曲面表面对流换热系数的测量方法，具体地在模拟飞机飞行环境的风洞试验中，用于机翼前缘外表面对流换热系数的测量。
技术实现思路
本专利技术基于恒热流法原理提供一种用于曲面表面、尤其是机翼前缘的表面的对流换热系数的测量装置和测量方法，以更真实的验证传统的数值模拟方法。因此，本专利技术提供一种曲面片材的表面对流换热系数的测量装置，所述测量装置包括：至少一个电加热垫，所述电加热垫是柔性的，使得其可弯曲成与所述片材的内表面同样的形状，所述电加热垫包括绝缘传热层、加热元件层和绝缘隔热层，所述加热元件层固定地连接在所述绝缘传热层与所述绝缘隔热层之间，所述电加热垫构造成使得所述绝缘传热层与所述片材的内表面的第一表面紧密接触；至少一个温度传感器，所述温度传感器连接于在所述片材的与所述内表面的第一表面相对的外表面的第二表面上；控制装置，用于控制电加热垫的需要被控制的参数。较佳地，所述加热元件层构造成使得从所述电加热垫的所述加热元件层传导到所述绝缘传热层的热量在所述绝缘传热层的分布均匀，所述加热元件层由加热电阻不受温度变化影响的恒阻材料制成。较佳地，所述电加热垫包括至少两个电加热垫，所述电加热垫沿其横向方向和/或纵向方向间隔地紧贴于所述片材的内表面的第一表面，在所述片材的外表面上的对应于每一电加热垫的第二表面，设置多个所述温度传感器。较佳地，所述电加热垫包括两个沿纵向延伸的狭长电加热垫，所述温度传感器沿所述电加热垫的纵向分布。较佳地，所述温度传感器沿所述电加热垫的横向中心位置设置。较佳地，所述片材为沿狭长电加热垫的纵向弯曲的曲面片材，并具有不同的曲率，所述温度传感器在曲率大的表面上的设置密度大于曲率小的表面上的设置密度。较佳地，所述绝缘传热层和所述绝缘隔热层由相同材料制成，且所述绝缘隔热层的厚度大于所述绝缘传热层的厚度。较佳地，所述绝缘隔热层和所述绝缘传热层由玻璃纤维材料制成。较佳地，所述绝缘隔热层的厚度与所述绝缘传热层的厚度之比是4:1。较佳地，所述加热元件层的材料包括Cr20Ni80。较佳地，所述温度传感器是线缆直径为约0.12mm的K型热电偶。本专利技术还提供一种用所述的测量装置测量片材的对流换热系数的测量方法，包括如下步骤：（a）确定片材的被测试表面和加热垫的额定加热电压；（b）将可弯曲的电加热垫中的绝缘传热层紧贴于所述片材的内表面，使所述绝缘传热层与所述片材的内表面的第一表面紧密接触，所述被测试表面为与所述内表面相对的外表面；（c）将所述温度传感器安装在所述片材的被测试表面上，且位于与所述第一表面相对的第二表面上；（d）将带有电加热垫的片材放置在能够产生预定工况的环境中,在所述预定工况下，加热电加热垫，并用控制装置调节加热电加热垫需要被控制的参数；（e）从温度传感器获取所述片材被测表面对应位置处的温度，用公式h=q/(ts-t0)计算对流换热系数，而且，10℃<(ts-t0)<80℃，其中：h是对流换热系数；q是均匀的加热热流密度，通过直流电源输出获取；ts是片材被测表面对应位置处的温度；t0是片材所在的环境温度。较佳地，所述能够产生预定工况的环境包括能够产生强制外对流的外流场环境，在所述步骤（a）中，将可弯曲的电加热垫的形状弯曲成与所述片材的内表面的形状相同，并在室温、无外流场的条件下，检查加热垫表面加热热流均匀性，若不均匀则通过调整加热元件层的布置确保加热垫加热均匀。较佳地，在所述步骤（b）中，在室温、无外流场的条件下进行检测，以确保加热垫与片材内表面之间的紧密接触。较佳地，在所述步骤（a）中，给加热元件层通电，用红外热像仪检查加热垫表面加热热流均匀性。较佳地，在步骤（b）中，给加热元件层通电，通过红外热像仪观察片材测试表面的热流均匀性，确保加热垫与片材内表面之间的紧密接触。较佳地，所述温度传感器包括热电偶头，采用胶结或者焊接的形式将所述热电偶头固定在所述片材的所述外表面上的选取的测温点位置处。较佳地，在步骤（c）中，还包括在片材的测试表面安装温度传感器的测温点位置处锪孔，使温度传感器的热电偶置入在所述锪孔中。较佳地，在步骤（b）中，所述可弯曲的电加热垫通过胶粘剂紧贴于所述片材的内表面。较佳地，所述产生强制外对流的外流场环境大致模拟所述片材的使用环境。较佳地，所述片材为飞机机翼的蒙皮，所述产生强制外对流的外流场环境大致模拟所述飞机的飞行环境。较佳地，25℃<(ts-t0)<55℃。附图说明图1示意性的示出了根据本专利技术安装有对流换热系数测量装置的一段机翼的前缘；图2是图1所示实施例的沿机翼的弦向截取的截面图；图3是图2所示附图的局部放大图，图中示出了根据本专利技术的电加热垫的构造；图4示出对流换热系数测量装置中的加热元件层加热时绝缘传热层和绝缘隔热层中的热传导模型。具体实施方式本专利技术的基本设计原理以下通过本专利技术的一个实施例来说明本专利技术的基本设计原理。作为本专利技术的一个实施例，将一段机翼作为试验件1，该试验件1包括蒙皮2，即本专利技术的曲面片材。为了获取蒙皮2表面的对流换热系数，在试验件1的蒙皮2的内表面选择一部分内表面段，在图1所示的实施例中选择两段相距一定距离的沿弦向延伸的狭长内表面段所在的位置，在该两个内表面段上沿弦向安装一定宽度的电加热垫11和12。为了图示的目的，图1仅仅示意性地示出电加热垫11和12在试验件蒙皮2的内表面上沿展向和弦向的位置，实际上从蒙皮2的外表面是看不到电加热垫11和12的，而图2示意性地示出电加热垫11和12在试验件蒙皮2的内表面上沿径向的位置。也可在蒙皮2的内表面选择一个或两个以上的狭长内表面段，同时在其上面分别贴上电加热垫。同时需在试验件1的蒙皮2的外表面上对应于电加热垫11和12的横向中心的位置，沿电加热垫11和12的纵向加装一定数量的温度传感器13，以从这些温度传感器13的数据分析获取对应位置外表面一定工况下的对流换热系数。结构形式电加热垫11和12安装在试验件1的蒙皮2的选定内表面，如图1和2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于恒热流法的曲面片材的表面对流换热系数的测量装置，所述测量装置包括：至少一个电加热垫(11，12)，所述电加热垫(11，12)是柔性的，使得其能够弯曲成与所述片材的内表面同样的形状，所述电加热垫(11，12)包括绝缘传热层(22)、加热元件层(23)和绝缘隔热层(24)，所述加热元件层(23)固定地连接在所述绝缘传热层(22)与所述绝缘隔热层(24)之间，所述电加热垫(11，12)构造成使得所述绝缘传热层(22)与所述片材的内表面的第一表面紧密接触；至少一个温度传感器(13)，所述温度传感器(13)安装于所述片材的与所述内表面的第一表面相对的外表面的第二表面上；控制装置，用于控制电加热垫(11，12)的需要被控制的参数；所述加热元件层(23)构造成使得从弯曲的所述电加热垫(11，12)的所述加热元件层(23)传导到所述绝缘传热层(22)的热量在所述绝缘传热层(22)分布均匀。

【技术特征摘要】
1.一种基于恒热流法的曲面片材的表面对流换热系数的测量装置，所述测量装置包括：至少一个电加热垫(11，12)，所述电加热垫(11，12)是柔性的，使得其能够弯曲成与所述片材的内表面同样的形状，所述电加热垫(11，12)包括绝缘传热层(22)、加热元件层(23)和绝缘隔热层(24)，所述加热元件层(23)固定地连接在所述绝缘传热层(22)与所述绝缘隔热层(24)之间，所述电加热垫(11，12)构造成使得所述绝缘传热层(22)与所述片材的内表面的第一表面紧密接触；至少一个温度传感器(13)，所述温度传感器(13)安装于所述片材的与所述内表面的第一表面相对的外表面的第二表面上；控制装置，用于控制电加热垫(11，12)的需要被控制的参数；所述加热元件层(23)构造成使得从弯曲的所述电加热垫(11，12)的所述加热元件层(23)传导到所述绝缘传热层(22)的热量在所述绝缘传热层(22)分布均匀。2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述加热元件层(23)的布置是可调整的，并被调整到使得所述电加热垫的表面加热热流均匀，所述加热元件层(23)由加热电阻不受温度变化影响的恒阻材料制成。3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述电加热垫(11，12)包括至少两个电加热垫，所述电加热垫沿其横向方向和/或纵向方向间隔地紧贴于所述片材的内表面的第一表面，在所述片材的外表面上的对应于每一电加热垫的第二表面，设置多个所述温度传感器(13)。4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述片材为沿狭长电加热垫(11，12)的纵向弯曲的曲面片材，并具有不同的曲率，所述温度传感器(13)在曲率大的表面上的设置密度大于曲率小的表面上的设置密度，且其布置在对应于所述电加热垫的横向中心的位置。5.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述绝缘传热层(22)和所述绝缘隔热层(24)由相同材料制成，且所述绝缘隔热层(24)的厚度大于所述绝缘传热层(22)的厚度。6.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述绝缘隔热层(24)和所述绝缘传热层(22)由玻璃纤维材料制成。7.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述加热元件层(23)的材料包括Cr20Ni80。8.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述温度传感器(13)是线缆直径为0.12mm的K型热电偶。9.一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍西恒，曾飞雄，李志茂，王大伟，杜延平，南国鹏，李革萍，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司，中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31