航空航天领域中的许多场合都需要大热流的长时间稳态测量,特别是10MW/m2以上大热流的长时间稳态测量,目前日常生活及工农生产中使用的热流传感器尚不能很好地满足这一需求。为了能够使热流传感器在高温超声速流场中进行大热流的长时间稳态测量,本文通过对现有热流传感器的类型分类及其测量原理的分析比较后,开发了一种水冷方式水卡式热流传感器,并实现了10MW/m2以上大热流的长时间稳态测量。　　由于现有传统中心冲击结构的水卡式热流传感器存在着热流测量上限偏低、流阻较大、稳定时间较长等缺点,本文采用新型冷却结构来改善水卡式热流传感器的冷却换热性能,提升了热流测量上限、减小了流阻、缩短了稳定时间,进而研制出一种具有新型结构、在高温超声速流场环境下能够长时间稳态测量大热流(热流测量上限≥15MW/m2)的水卡式热流传感器,满足了航天大热流稳态测量的需求。　　在分析了传统中心冲击结构水卡式热流传感器结构的优缺点后,针对其存在的主要缺点,有针对性地提出了一种U形通道冷却新结构,给出了主要设计参数及设计计算方法,并针对其换热、流阻、稳定时间、理论热流测量总误差进行了理论分析及计算。　　在分析了试验设备及热流环境后,搭建了一套以新型大热流水卡式热流传感器为主体的热流测试系统,通过在高温超声速燃气流试验台上进行的热流测试试验,新型U形通道结构的水卡式热流传感器的实际热流测量上限达到了25MW/m2,比传统中心冲击结构水卡式热流传感器的换热效率更高、热流测量上限更高,而且流阻、稳定时间均有所减小。　　通过与现有的铜塞式热流传感器的对比试验,新型 U形通道结构的水卡式热流传感器测量误差小于铜塞式热流传感器,测量精度基本能够满足稳态大热流测量的要求。　　新型 U形通道水卡式稳态大热流传感器为航天大热流稳态测量提供了一种有效、可行的测试手段。