[发明专利]一种用于主动冷却实验的辐射加热装置

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装置。

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装置，为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，提供模拟超燃冲压发动机真实热环境的高热流和单侧加载条件。

为了解决上述问题，本发明提供一种用于主动冷却实验的辐射加热装置，其采用红外辐射的方式对冷却面板进行加热，该辐射加热装置包括：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冷却面板单侧均匀加热；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供电设备连接；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。

优选地，所述辐射加热元件的长度大于1000mm和宽度大于40mm，厚度H≥16mm。

优选地，所述电极组件有两组，分别位于所述辐射加热元件两端，均包括导线、黄铜电极和石墨电极，其中，所述导线一端与黄铜电极相连，另一端与供电设备相连；所述黄铜电极通过石墨电极连接至辐射加热元件两端。

优选地，所述黄铜电极为双层圆筒状结构，夹层内设有水冷却槽道，用于电极冷却；所述黄铜电极圆筒内表面为细牙螺纹结构；所述石墨电极的材料为等静压石墨，为圆筒状结构，其外表面为细牙螺纹结构，与所述黄铜电极的内螺纹连接配合，保证二者接触面积大且紧密；所述石墨电极的内表面为具有1°锥角的曲面；所述辐射加热元件的两端相应地为1°锥角的圆台结构，所述圆台结构位于所述石墨电极中。

优选地，所述保温隔热组件包括隔热屏和隔热层，其中，所述隔热屏和隔热层均为U形，所述隔热屏位于内层，采用石墨毡材料；所述隔热层位于外层，采用高硅氧布纤维材料。

优选地，所述箱体为圆筒结构，为不锈钢材料，其内表面设置有冷却水管道。

优选地，所述箱体上设置有抽真空管道接口和氮气管道接口。

优选地，所述箱体上设置有排线插座。

优选地，所述箱体上设置有观察窗。

本发明为离线测试主动冷却面板中碳氢燃料在热流单侧加载条件下的物性、流动与换热特性，提供模拟超燃冲压发动机真实热环境的高热流和单侧加载条件。本发明的辐射加热装置能够对最大尺寸为1000mmx40mm的冷却面板的下表面提供长大于1000mm，宽大于40mm，且热流密度高于1Mw/m²的均匀辐射加热区，且在此辐射热流条件下可长时间持续工作。

附图说明

图1为本发明实施例的辐射加热装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的辐射加热装置电极组件安装结构示意图；

图3为本发明实施例的U形保温隔热组件的剖面视图。

具体实施方式