基于熱電偶動(dòng)態(tài)特性的溫度預(yù)估方法實(shí)驗(yàn)研究①

成紅剛，陳 雄，鞠玉濤，周長省，朱國強(qiáng)

(南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院南京 210094)

0 引言

在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和試驗(yàn)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室燃?xì)鉁囟鹊臏y量對(duì)于評(píng)估推進(jìn)劑能量水平、發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)流場特性以及熱防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都具有重要的意義。目前，在工程中主要應(yīng)用金屬熱電偶絲為測溫元件的接觸式測溫方法［1－2］，由于受到熱電偶絲熔點(diǎn)的限制，接觸式測溫方法的測溫范圍受到一定的限制，在測量過程中經(jīng)常出現(xiàn)熱電偶結(jié)點(diǎn)熔斷或在發(fā)動(dòng)機(jī)稠密兩相燃?xì)饬髦袥_蝕破壞的現(xiàn)象，導(dǎo)致無法獲得發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)燃燒室的溫度數(shù)據(jù)。為了解決這一問題，國內(nèi)外學(xué)者曾先后提出多種非接觸式測溫方法來測量火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃?xì)鉁囟龋?－5］，與熱電偶測溫方法相比，這種非接觸式測溫方法雖然測量范圍較大，但需要在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室殼體上開窗，并且測試系統(tǒng)復(fù)雜，無法對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)流場內(nèi)部溫度分布進(jìn)行測量。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)中兩相流對(duì)基于光學(xué)原理的測溫方式干擾較大［6］。

本文針對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)接觸式測溫中經(jīng)常出現(xiàn)的熱電偶絲熔斷和沖蝕破壞現(xiàn)象，利用熱電偶在破壞前所采集到的溫度數(shù)據(jù)，并結(jié)合熱電偶的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，提出了一種基于熱電偶動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的溫度預(yù)估方法。熱電偶的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間是動(dòng)態(tài)溫度測量的一個(gè)重要參數(shù)，也是衡量溫度傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能的重要指標(biāo)。熱電偶動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間是指當(dāng)熱電偶從某一初始溫度快速放入溫度恒定的介質(zhì)中后，熱電偶的溫度變化量，由零達(dá)到介質(zhì)溫度與溫度傳感器初始溫度之差的63.2%所用的時(shí)間。……