高温传感装置飞行试验验证方案设计

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1、硕士学位论文高温传感装置飞行试验验证方案设计DESIGNOFFLIGHTVERIFICATIONSCHEMEFORHIGH-TEMPERATUREFRICTIONSENSINGINSTRUMENT陈佳玲哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB332学校代码：10213国际图书分类号：531密级：公开工学硕士学位论文高温传感装置飞行试验验证方案设计硕士研究生：陈佳玲导师：孟松鹤教授申请学位：工学硕士学科：工程力学所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classif

2、iedIndex:TB332U.D.C:531DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONMECHANICALBEHAVIOROFWARPKNITTEDCOMPOSITESUNDERBIAXIALLOADINGCandidate：JialingChenSupervisor：Prof.MengSongheAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：EngineeringMe

3、chanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要准确地获取飞行器表面的气动及热流数据对设计飞行器结构具有重要的意义。而在实际应用中，应用于极端环境的传感器一定要耐高温、耐高压、耐腐蚀、耐氧化，因此，研究制备性能优异的新型传感器并有效的验证其精度和可靠性就非常必要。目前，传统验证方案无法完全真实模拟实际环境或

4、者成本过高，考虑到采用新型高温摩阻传感器获取外表面环境信息是主要的途径，本文以摩阻传感器为例，致力于设计一款低成本的试验飞行器用作高超声速试验平台，来获得研究各类关键数据从而推动高超声速飞行器的发展。通过对小型再入体的外形参数和飞行器轨道参数的控制实现与大型飞行器等效的热环境，以较低的试验成本实现可控的地球大气再入高超声速试验，开展飞行试验。1）首先，针对验证目标，选择了一个具有完整过程和成熟数据的飞行项目EXPERT，根据其基本轨道、外形、不同气动热力学区域的基本物理化学特征以及表征材料表面效应的数

5、值等建立模型，进行计算，得到基本环境数据，为后续传感器和再入体设计提供目标2）对典型传统摩阻天平传感器测量原理进行分析得出直接测量法非指零型悬臂梁结构更适用于高超声速环境的高温摩阻传感器设计方案，并从结构材料上进行改进，通过数值模拟得出在高超声速环境下的该传感器的温度响应及热应力响应。得到其适用条件为压力低于200MPa、温度小于1200℃，为后续再入体设计提供目标传感器方案验证和其限制条件。3）确定再入体轨道数据和外形尺寸，总结了设计参数与气动参数之间的规律（随着前缘半径增加，热流密度逐渐减小、锥体

6、表面热流随着半锥角的增大而增大），确定了再入体的热防护方案和内部设计。同时，就热流计算对数值模拟方法和工程算法之间进行比较，发现最大误差为11.8%，可以满足粗略计算精度要求。4）通过再入体设计参数和传感器安装位置数据的不断迭代使得目标传感器所处环境与所选目标环境类似，得到的环境与目标环境相比，四个关键指标中，热流的误差在4.96%，压力的误差为5.67%，马赫数和高度都在目标环境范围内，从而验证本平台设计的合理性。关键词：摩阻传感器；验证平台；高超声速飞行器；小卫星；热环境计算-I-Abstract

7、AbstractSurfacefrictionalresistanceisanimportantpartoftheaerodynamicforceofhypersonicvehicles,anditisalsoanimportantfactorrestrictingthedevelopmentofhypersonicvehicles.Therefore,itisveryessentialtoaccuratelymeasurethesurfacefrictionalresistance.However,

8、inpracticalapplications,sensorsusedinextremeenvironmentsmustbehightemperatureresistant,highpressureresistant,corrosionresistant,andoxidationresistant.Therefore,itisnecessarytoresearchonnewtypesofhightemperaturefrictionsensorswith