一种耐高温线烧蚀量测量装置及飞行器表面结构的制作方法

本发明涉及线烧蚀量测量领域，尤其涉及一种耐高温线烧蚀量测量装置及飞行器表面结构。

背景技术：

航天飞行器进入大气层时，结构外表面承受高速飞行带来的高温环境，最高温度可超过2000℃。一般金属结构难以承受此高温，因此一般需要在金属结构外部覆盖一层耐高温的复合材料结构，称为防热层。在高温作用下，防热层外表面会发生燃烧，燃烧会带走表面物质，从而使得防热层表面产生后退现象，表面后退量称为线烧蚀量。航天飞行器在大气层内飞行，需要控制防热层的线烧蚀量，避免内部结构和仪器设备暴露在高温环境下，以确保航天飞行器能够正常工作。由于高温下防热层的烧蚀是一个涉及物理、化学变化的复杂过程，目前需要通过地面风洞试验的方法模拟航天飞行器进入大气层过程，并实际测量防热层的线烧蚀量，以便对防热层方案的合理性进行评估。

不论是航天飞行器再入大气层还是在地面采用风洞试验进行模拟，航天飞行器结构表面的温度都非常高，因此测量防热层的线烧蚀量非常困难。为保证测量精度，通常会在飞行器表面烧蚀层中埋设测量设备，但是测量设备需要在内部设置有测量结构，为了保护测量结构，测量设备结构的组成会与烧蚀层有所不同，二者结构的可能会导致烧蚀过程中消耗速度不同，进而导致线烧蚀量测量不准确。

因此，本领域亟需一种耐高温线烧蚀量测量装置及飞行器表面结构。

有鉴于此，提出本发明。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种耐高温线烧蚀量测量装置及飞行器表面结构，以解决上述至少一个技术问题。

本发明提供了一种耐高温线烧蚀量测量装置，包括：监测元件和烧蚀元件，所述监测元件用于测量线烧蚀量，所述烧蚀元件包括第一烧蚀件和第二烧蚀件，所述监测元件设置在所述第一烧蚀件和第二烧蚀件之间一侧与所述第一烧蚀件相连接，另一侧与所述第二烧蚀件相连接。

采用上述方案，所述监测元件设置在所述第一烧蚀件和第二烧蚀件之间，一方面避免了将监测元件暴露在测量装置外侧，导致监测元件自身温度过高自身烧蚀过快影响监测精确度；另一方面，将监测元件设置于所述烧蚀元件中间，所述烧蚀元件能够为监测元件提供外部的保护，保证监测元件的正常运行。

进一步地，所述监测元件内部设置有监测结构，所述监测结构中包括多条监测线，所述监测线用于监测烧蚀进度，根据所述监测线位置测量线烧蚀量。

进一步地，当所述监测线断裂时，即烧蚀至监测线所在位置。

优选地，多条所述监测线由监测元件上方向下方分层设置，每层包括有至少一条监测线。

采用上述方案，由于多条所述监测线由监测元件上方向下方分层设置，当烧蚀至监测线所在的层时，所述监测线断裂，一方面便于记录烧蚀进度，另一方面监测线断开时间即为烧蚀至监测线所在层的时间，便于记录烧蚀时间。

进一步地，所述监测结构为监测电路，所述监测线为监测电路中的线路，所述监测线断开时监测电路输出电压改变，根据所述监测电路的输出电压测量线烧蚀量。

采用上述方案，只需要连接监测电路，并监控监测电路的输出电压即可得知烧蚀进度，记录电压变化时间即为烧蚀至该监测线的时间，同时也能记录在该时间下的烧蚀进度，方便快捷，提高监测精确度。

优选地，所述监测电路中连接有电源、输出分压电阻和监测电阻，所述监测电阻包括多个监测子电阻，所述监测子电阻与输出分压电阻阻值相同，根据监测电路输入电压和输出电压判断烧蚀进度根据公式：

uout为输出分压电阻两端电压；uin为电源电压；i为监测线断开数量。

采用上述方案，能够通过监测输入电压和输出电压，计算二者比值，能够快速的除已断开的监测线数量，记录输出电压变化时间即可得知烧蚀时间，计算简便。

进一步地，所述耐高温线烧蚀量测量装置还包括测量电路板，所述测量电路板设置于监测元件一端与监测元件相连接。

进一步地，所述测量电路板与所述监测电路电连接，所述测量电路板用于测量监测电路的输入和输出电压。

采用上述方案，所述测量电路板与所述监测电路电连接能够测量监测电路的输入和输出电压，并将电信号转化为数据信号向外传输。

进一步地，所述测量电路板还设置有电路板保护壳，所述测量电路板设置于电路板保护壳内部。

采用上述方案，所述电路板保护壳设置在测量电路板外，为测量电路板提供外层保护。

进一步地，所述电路板保护壳上设置有第一连接孔，所述第一连接孔设置于电路板保护壳底部，用于连接线路使测量电路板向外传输信号。

采用上述方案，便于测量电路板向外传输信号。

优选地，所述电路板保护壳还包括定位板，所述电路板保护壳通过定位板与所述监测元件相连接。

采用上述方案，所述电路板保护壳通过定位板与所述监测元件相连接，一方面提高了电路板保护壳和监测元件的连接性，另一方面，监测元件设置在第一烧蚀件和第二烧蚀件之间，同时增加了监测元件、第一烧蚀件和第二烧蚀件之间的结构刚性。

进一步地，所述定位板上设置有由上表面贯穿至下表面的连通孔，所述测量电路板和监测电路之间电连接的连接线能穿过所述连通孔。

进一步地，所述电路板保护壳还设置有第二连接孔，所述测量电路板和监测电路之间电连接的连接线穿过连通孔后再通过所述第二连接孔，与测量电路板电连接。

采用上述方案，为线路连接提供通道，便于电路中的线路进行连接。

本发明提供了一种飞行器表面结构，包括上述的耐高温线烧蚀量测量装置，所述耐高温线烧蚀量测量装置设置于所述飞行器表面结构内部。

采用上述方案，将耐高温线烧蚀量测量装置设置于飞行器表面结构内部，保证烧蚀过程中，二者消耗速度的一致性，测量耐高温线烧蚀量测量装置的线烧蚀量即为飞行器表面结构的线烧蚀量，提高测量精确度。

进一步地，所述飞行器表面结构包括烧蚀层和保护层，所述烧蚀层和保护层相连接，所述监测元件和烧蚀元件设置于烧蚀层中，所述测量电路板设置于所述保护层中。

采用上述方案，所述烧蚀层为实际操作过程中能够被烧蚀的部分，将监测元件和烧蚀元件设置于烧蚀层中，同步烧蚀，保证测量准确性；所述保护层是不会被烧蚀的部分，所述测量电路板对电路传出的信号进行测量，需要保证工作稳定性，将所述测量电路板设置于所述保护层中，防止测量电路板被烧蚀或被温度影响工作稳定性。

本发明还提供了一种飞行器，所述飞行器包括有上述的飞行器表面结构。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的耐高温线烧蚀量测量装置，所述监测元件设置在所述第一烧蚀件和第二烧蚀件之间，一方面避免了将监测元件暴露在测量装置外侧，导致监测元件自身温度过高自身烧蚀过快影响监测精确度；另一方面，将监测元件设置于所述烧蚀元件中间，所述烧蚀元件能够为监测元件提供外部的保护，保证监测元件的正常运行；

2、本发明的耐高温线烧蚀量测量装置，多条所述监测线由监测元件上方向下方分层设置，当所述监测线断裂时，烧蚀至监测线所在的层，一方面便于记录烧蚀进度，另一方面监测线断开时间即为烧蚀至监测线所在层的时间，便于记录烧蚀时间；

3、本发明的耐高温线烧蚀量测量装置，能够通过监测输入电压和输出电压，计算二者比值，能够快速的除已断开的监测线数量，记录输出电压变化时间即可得知烧蚀时间，计算简便；

4、本发明的飞行器表面结构，将耐高温线烧蚀量测量装置设置于飞行器表面结构内部，保证烧蚀过程中，二者消耗速度的一致性，测量耐高温线烧蚀量测量装置的线烧蚀量即为飞行器表面结构的线烧蚀量，提高测量精确度；

5、本发明的飞行器表面结构，所述烧蚀层为实际操作过程中能够被烧蚀的部分，将监测元件和烧蚀元件设置于烧蚀层中，同步烧蚀，保证测量准确性；所述保护层是不会被烧蚀的部分，所述测量电路板对电路传出的信号进行测量，需要保证工作稳定性，将所述测量电路板设置于所述保护层中，防止测量电路板被烧蚀或被温度影响工作稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明耐高温线烧蚀量测量装置一种实施方式的立体图；

图2为本发明耐高温线烧蚀量测量装置一种实施方式的正视图；

图3为图2沿d-d的剖视图；

图4为图2沿e-e的剖视图；

图5为图4的局部放大图；

图6为图4沿b-b的剖视图；

图7为本发明耐高温线烧蚀量测量装置一种实施方式的仰视图；

图8耐高温线烧蚀量测量装置在飞行器表面结构中的安装示意图；

图9为监测电路一种实施方式的示意图；

附图标记说明

通过上述附图标记说明，结合本发明的实施例，可以更加清楚的理解和说明本发明的技术方案。

1、监测元件；11、监测结构；111、监测线；112、监测电阻；1121、监测子电阻；113、输出分压电阻；2、烧蚀元件；21、第一烧蚀件；22、第二烧蚀件；3、测量电路板；31、电路板保护壳；311、第一连接孔；312、定位板；3121、连通孔；313、第二连接孔；4、烧蚀层；5、保护层；

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

如图1、2所示，本发明提供了一种耐高温线烧蚀量测量装置，包括：监测元件1和烧蚀元件2，所述监测元件1用于测量线烧蚀量，所述烧蚀元件2包括第一烧蚀件21和第二烧蚀件22，所述监测元件1设置在所述第一烧蚀件21和第二烧蚀件22之间一侧与所述第一烧蚀件21相连接，另一侧与所述第二烧蚀件22相连接。

采用上述方案，所述监测元件1设置在所述第一烧蚀件21和第二烧蚀件22之间，一方面避免了将监测元件1暴露在测量装置外侧，导致监测元件1自身温度过高自身烧蚀过快影响监测精确度；另一方面，将监测元件1设置于所述烧蚀元件2中间，所述烧蚀元件2能够为监测元件1提供外部的保护，保证监测元件1的正常运行。

在具体实施过程中，所述第一烧蚀件21、第二烧蚀件22和监测元件1三者相连接可以形成圆柱体、长方体或正方体等。

在本发明一个优选的实施方式中，所述第一烧蚀件21、第二烧蚀件22和监测元件1三者相连接形成圆柱体。

采用上述方案，圆柱体的横截面为圆形，在周长相等的几何图形中，圆形的面积最大，将所述第一烧蚀件21、第二烧蚀件22和监测元件1三者组成圆柱体，以更大的面积进行烧蚀，便于同步耐高温线烧蚀量测量装置与外部的烧蚀速度。

在具体实施过程中，所述监测元件1厚度与所述圆柱体直径的比值在1:100到5:100之间。

在本发明一个优选的实施方式中，所述监测元件1厚度与所述圆柱体直径的比值为3:100。

采用上述方案，使监测元件1的厚度较薄，在气动力热共同作用下能迅速被烧蚀，维持烧蚀面的平整，从而实现监测元件1和烧蚀元件2的同步烧蚀。

在具体实施过程中，所述圆柱体的直径为8-12mm。

在本发明一个优选的实施方式中，所述圆柱体的直径为10mm。

采用上述方案，避免圆柱体直径过大，难以保证同步烧蚀。

在具体实施过程中，所述烧蚀元件2的材质可以为碳纤维增强酚醛树脂或高硅氧纤维增强酚醛树脂等，所述监测元件1的材质可以为氧化铝或氮化硼等。

采用上述方案，烧蚀元件2和监测元件1的材质熔点较高，耐高温性较好，避免烧蚀过快，测量精度下降。

如图4、9所示，在具体实施过程中，所述监测元件1内部设置有监测结构11，所述监测结构11中包括多条监测线111，所述监测线111用于监测烧蚀进度，根据所述监测线111位置测量线烧蚀量。

在具体实施过程中，所述监测线111断裂的位置，即烧蚀至监测线111所在位置。

在本发明一个优选的实施方式中，多条所述监测线111由监测元件1上方向下方分层设置，每层包括有至少一条监测线111。

在本发明一个优选的实施方式中，任一所述监测线111与相邻层监测线111在垂直于烧蚀元件2上表面的平面上的距离相等。

在具体实施过程中，所述检测线为耐高温绝缘导线，所述耐高温绝缘导线可以为带有二氧化硅涂层或者氧化锆涂层的金属丝等。

采用上述方案，由于多条所述监测线111由监测元件1上方向下方分层设置，当所述监测线111断裂时，烧蚀至监测线111所在的层，一方面便于记录烧蚀进度，另一方面监测线111断开时间即为烧蚀至监测线111所在层的时间，便于记录烧蚀时间。

在本发明一个优选的实施方式中，所述监测结构11为监测电路，所述监测线111为监测电路中的线路，所述监测线111断开时监测电路输出电压改变，根据所述监测电路的输出电压测量线烧蚀量。

采用上述方案，只需要连接监测电路，并监控监测电路的输出电压即可得知烧蚀进度，记录电压变化时间即为烧蚀至该监测线111的时间，同时也能记录在该时间下的烧蚀进度，方便快捷，提高监测精确度。

在具体实施过程中，所述监测电路中连接有电源、输出分压电阻113和监测电阻112，所述监测电阻112包括多个监测子电阻1121，所述监测子电阻1121与输出分压电阻113阻值相同，根据监测电路输入电压和输出电压判断烧蚀进度根据公式：

uout为输出分压电阻113两端电压；uin为电源电压；i为监测线111断开数量。

采用上述方案，能够通过监测输入电压和输出电压，计算二者比值，能够快速得出已断开的监测线111数量，记录输出电压变化时间即可得知烧蚀时间，产生计算简便的效果。

在具体实施过程中，所述监测子电阻1121与监测线111数量相等且一一对应，当未发生烧蚀时，监测电路中的监测电阻112均被短路连接，即输出分压电阻113两端电压与电源电压相等；当发生烧蚀且断开一根监测线111时，i＝1，其中一个监测子电阻1121解除被短接的状态，电路中包括有组织相等的一个监测子电阻1121和一个输出分压电阻113，二者进行分压，输出分压电阻113两端电压为电源电压的1/2；当两根监测线111断开时，i＝2，输出分压电阻113两端电压为电源电压的1/3；当三根监测线111断开时，i＝3，输出分压电阻113两端电压为电源电压的1/4。

在具体实施过程中，所述输出分压电阻113、监测电阻112和监测子电阻1121均可以为单个电阻或多个电阻，也可以为具有分压能力的电元件，包括但不限于电容、电感；所述电源为具有供电能力的元器件，包括但不限于电池或电容等。

如图4、5所示，在具体实施过程中，所述耐高温线烧蚀量测量装置还包括测量电路板3，所述测量电路板3设置于监测元件1一端且与监测元件1相连接。

在具体实施过程中，所述测量电路板3与所述监测电路电连接，所述测量电路板3用于测量监测电路的输入和输出电压。

采用上述方案，所述测量电路板3与所述监测电路电连接能够测量监测电路的输入和输出电压，并将电信号转化为数据信号向外传输。

在具体实施过程中，所述电源设置于测量电路板3上，所述电源用于为监测电路供电。

在具体实施过程中，所述测量电路板3可以为pcb板(printdcircuitboards，印刷电路板)。

采用上述方案，pcb板具备根据电路断路信号进行线烧蚀量计算的能力，同时还具备给外部输出线烧蚀量信息的能力。

在具体实施过程中，所述输出分压电阻113、监测电阻112均设置在测量电路板3上。

在具体实施过程中，所述测量电路板3还设置有电路板保护壳31，所述测量电路板3设置于电路板保护壳31内部。

采用上述方案，所述电路板保护壳31设置在测量电路板3外，为测量电路板3提供外层保护。

如图2、7所示，在具体实施过程中，所述电路板保护壳31上设置有第一连接孔311，所述第一连接孔311设置于电路板保护壳31底部，用于连接线路使测量电路板3向外传输信号。

采用上述方案，便于测量电路板3向外传输信号。

如图2、4或5所示，在具体实施过程中，所述电路板保护壳31为内部中空的圆柱体，所述内部中空的圆柱体的轴线与所述第一烧蚀件21、第二烧蚀件22和监测元件1三者相连接形成圆柱体的轴线位于同一直线上。

如图7所示，在本发明一个优选的实施方式中，所述第一连接孔311设置有多个，所述多个第一连接孔311均匀分布在电路板保护壳31底部成圆周排布。

采用上述方案，便于向外部连接线。

如图2、4、5所示，在具体实施过程中，所述电路板保护壳31还包括定位板312，所述电路板保护壳31通过定位板312与所述监测元件1相连接。

采用上述方案，所述电路板保护壳31通过定位板312与所述监测元件1相连接，一方面提高了电路板保护壳31和监测元件1的连接性，另一方面，监测元件1设置在第一烧蚀件21和第二烧蚀件22之间，同时增加了监测元件1、第一烧蚀件21和第二烧蚀件22之间的结构刚性。

如图1、2、3所示，在具体实施过程中，所述定位板312上设置有由上表面贯穿至下表面的连通孔3121，所述测量电路板3和监测电路之间电连接的连接线能穿过所述连通孔3121。

如图6所示，在具体实施过程中，所述电路板保护壳31还设置有第二连接孔313，所述测量电路板3和监测电路之间电连接的连接线穿过连通孔3121后再通过所述第二连接孔313，与测量电路板3电连接。

采用上述方案，为线路连接提供通道，便于电路中的线路进行连接。

在本发明一个可选的实施方式中，所述第二连接孔313与连通孔3121相连通。

如图8所示，本发明提供了一种飞行器表面结构，包括上述的耐高温线烧蚀量测量装置，所述耐高温线烧蚀量测量装置设置于所述飞行器表面结构内部。

采用上述方案，将耐高温线烧蚀量测量装置设置于飞行器表面结构内部，保证烧蚀过程中，二者消耗速度的一致性，测量耐高温线烧蚀量测量装置的线烧蚀量即为飞行器表面结构的线烧蚀量，提高测量精确度。

在具体实施过程中，所述飞行器表面结构包括烧蚀层4和保护层5，所述烧蚀层4和保护层5相连接，所述监测元件1和烧蚀元件2设置于烧蚀层4中，所述测量电路板3设置于所述保护层5中。

采用上述方案，所述烧蚀层4为实际操作过程中能够被烧蚀的部分，将监测元件1和烧蚀元件2设置于烧蚀层4中，同步烧蚀，保证测量准确性；所述保护层5是不会被烧蚀的部分，所述测量电路板3对电路传出的信号进行测量，需要保证工作稳定性，将所述测量电路板3设置于所述保护层5中，防止测量电路板3被烧蚀或被温度影响工作稳定性。

在具体实施过程中，所述烧蚀层4的材质与烧蚀元件2的材质相同。

本发明还提供了一种飞行器，所述飞行器包括有上述的飞行器表面结构。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

应当理解，本申请实施例中，从权、各个实施例、特征可以互相组合结合，都能实现解决前述技术问题。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。