[发明专利]一种用于主动冷却实验的辐射加热系统

说明书

技术领域

本发明涉及超燃冲压发动机实验领域，特别涉及一种用于主动冷却实验的辐射加热系统。

背景技术

超声速飞行过程中，在高马赫数下飞行器外表面的温度将超出许多常用轻质材料的许用温度，再加上燃烧室内有氧气和强气流冲刷的环境，常规的结构材料在没有冷却的条件下难以长时间工作。

针对高超声速飞行面临的热环境，主动冷却技术被提出用以解决超燃冲压发动机的热防护问题，即利用机载燃料流过开在燃烧室壁板内的冷却通道冷却燃烧室壁面，然后再将其喷注到燃烧室内燃烧。超燃发动机以液态碳氢化合物作为燃料，如煤油。煤油经冷却通道流动吸热至超临界态，进入燃烧室后将直接气化。若煤油被加热至超过裂解温度，煤油开始裂解产生小分子烃，不仅能够有效促进燃烧，而且能够提高煤油热沉，从而使得发动机的运行性能得到显著优化。因此，研究主动冷却系统，需从实验方面探索碳氢燃料在冷却通道中的流动与传热特性。

能够模拟超燃冲压发动机真实热环境的典型实验设备有直联式超燃实验台和高温射流风洞，但这些大设备难以对热环境参数精确控制，运行成本高昂也不利于反复多次进行实验。一些能够精确控制热流条件的实验装置多以金属圆管模拟冷却通道，并通电加热的方式。这种方式圆管四周热流分布均匀，与实际超燃冲压发动机冷却面板为单侧加载热流的情况截然不同，因此无法模拟超燃冲压发动机真实热环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是克服现有技术的缺陷，提出一种用于主动冷却实验的辐射加热系统，为主动冷却实验中离线测试主动冷却面板中的碳氢燃料在热流单侧加载条件下的物性、流动与换热特性提供了实验平台。

为了解决上述问题，本发明提供一种于主动冷却实验的辐射加热系统，包括：辐射加热装置、电源供电模块、燃料预热输运装置和热燃料收集装置，其中，

所述辐射加热装置采用红外辐射的方式对冷却面板进行加热，其包括：辐射加热元件、电极组件、保温隔热组件和箱体，其中，所述辐射加热元件为石墨板状结构，位于所述冷却面板下部，并且所述辐射加热元件的长度和宽度均大于所述冷却面板的长度和宽度，所述辐射加热元件用于对所述冷却面板下表面提供单侧均匀加热；所述电极组件位于所述辐射加热元件两端，所述辐射加热元件通过电极组件与电源供电模块连接；所述保温隔热组件为U形，所述辐射加热元件位于所述保温隔热组件的凹槽内；所述辐射加热元件和保温隔热组件位于所述箱体内部，所述电极组件位于所述箱体的两端，所述箱体上设置有碳氢燃料的进口管道和出口管道；所述燃料预热输运装置与所述碳氢燃料的进口管道相连，为所述冷却面板输送碳氢燃料；热燃料收集装置与所述碳氢燃料的出口管道相连，对从冷却面板流出的高温碳氢燃料进行冷却。

优选地，所述热燃料收集装置包括：螺旋管道、热燃料收集水箱、热燃料收集水泵、热燃料收集换热器和热燃料收集槽，其中，所述螺旋管道位于所述热燃料收集水箱中，高温碳氢燃料流入所述螺旋管道，被水冷却，之后流入热燃料收集槽中；所述热燃料收集水泵与热燃料收集水箱和热燃料收集换热器相连，热燃料收集换热器与所述热燃料收集水泵和热燃料收集水箱相连，热燃料收集水泵将热燃料收集水箱中的水抽入至热燃料收集换热器中冷却，水再重新流回热燃料收集水箱。

优选地，所述系统还包括水冷模块，所述水冷模块分三条循环冷却水路分别与所述辐射加热装置的两组电极组件和箱体相连；所述水冷模块包括水泵、换热器和水箱，其中，水泵将水箱中的水抽入至辐射加热装置的两组电极组件和箱体；所述换热器将辐射加热装置流出的循环水冷却后输入至所述水箱。

优选地，所述系统还包括参数测量设备，所述参数测量设备包括相连的传感器和数据采集测量装置，所述传感器位于所述箱体内，在主动冷却实验中测量实验参数；所述数据采集测量装置用于采集所述传感器得到的实验参数，并进行数据分析。

优选地，所述传感器位于所述冷却面板上，包括热电偶和压力传感器；

所述数据采集测量装置包括数据采集模块、数据采集卡和计算机，所述采集模块采集并显示所述传感器得到的实验参数，转换成0～10V的电压信号，输入至数据采集卡；所述数据采集卡将所述电压信号输入至计算机，计算机对所述实验参数进行数据分析。

优选地，所述系统还包括抽真空模块，所述抽真空模块与箱体相连，包括真空泵，用于为主动冷却实验中辐射加热装置的箱体抽真空，防止箱体内部元件在高温下被氧化。

优选地，所述系统还包括充氮气模块，所述充氮气模块与箱体相连，包括氮气瓶，用于为主动冷却实验中辐射加热装置的箱体充氮气。