在高超声速飞行器、航天器再入大气层等场景下，飞行器表面会因与空气剧烈摩擦和压缩而产生高达数千摄氏度的气动加热，形成复杂的瞬态热环境。准确测量这一关键参数——表面热流密度，是验证热防护系统(TPS)设计、保障飞行安全的核心。圆箔式热流传感器凭借其较好的性能，成为监测高速飞行器表面热环境的“火眼金睛”。
一、为何选择圆箔式传感器？
高速飞行环境对传感器提出了严苛要求：极快的响应速度、高灵敏度、优异的耐高温和抗冲击能力。圆箔式传感器契合这些需求。其核心是一个极薄(通常仅几十微米)的金属圆箔(如康铜)，两侧通过微小热阻材料与热沉体连接。当高温气流冲击传感器表面时，热量迅速传导至圆箔，导致其温度瞬间升高。由于圆箔热容极小，能实现毫秒级甚至微秒级的超快响应，精准捕捉剧烈变化的瞬态热流。
二、监测原理与工作过程
传感器基于一维瞬态导热原理工作。在气动加热的瞬间，热量从传感器受热面快速向内部热沉传递。圆箔的温度变化率(dT/dt)与表面热流密度(q)成正比。通过在圆箔上精密布置的热电偶(通常为薄膜热电偶)，可以实时、高频率地测量圆箔的温升速率。结合传感器预先标定的热响应系数(G值，单位为W/(m²·K/s)或V/(m²·K/s))，即可通过公式q=G*(dT/dt)精确计算出表面的瞬时热流密度。
三、在高速飞行中的应用与挑战
在风洞试验或飞行测试中，多个圆箔式传感器被阵列式地嵌入或粘贴在飞行器关键部位(如鼻锥、前缘、翼面)的表面。它们如同“神经末梢”，实时将各点的热流数据传回，构建出完整的表面热流分布云图。这为：
验证气动热力学模型提供了较直接的实验数据。
评估热防护材料(如陶瓷瓦、碳碳复合材料)在真实热载荷下的性能。
优化飞行器外形设计，减少局部热集中。
确保飞行器结构安全，防止过热失效。
然而，传感器本身也面临高温、高热流、高动压的严峻考验。其安装必须确保与周围表面齐平，避免产生额外的气动干扰；同时，引线的隔热和信号抗干扰处理也至关重要。
圆箔式热流传感器以其较好的动态响应能力和测量精度，成为揭示高速飞行器表面“火海”真相的关键工具。它提供的宝贵数据，是人类征服空天、实现安全高速飞行关键的基石。
更新时间：2025-11-24 
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