[实用新型]辐射加热-发汗冷却试验装置

说明书

辐射加热‑发汗冷却试验装置，包括石英灯辐射加热设备(1)、水冷反射板(2)、发汗冷却试验装置(4)、温度测量设备(5)、压力测量设备(6)、电磁流量计(7)、柱塞泵(8)；石英灯辐射加热设备(1)向外辐射发光，用于反射辐射发光的水冷反射板(2)布置在石英灯辐射加热设备(1)的正上方，多孔介质防热材料(3)布置在石英灯辐射加热设备(1)的正下方，待试验多孔介质防热材料(3)和发汗冷却试验装置(4)一体化安装，形成积液腔，柱塞泵(8)为积液腔提供试验冷却介质，温度测量设备(5)、压力测量设备(6)分别测量积液腔内介质和多孔介质防热材料内外表面的温度、压力，电磁流量计(7)测量积液腔通入的流量，通过改变流量大小确定辐射加热‑发汗冷却试验装置对多孔介质防热材料的冷却效果。

技术领域

本实用新型涉及飞行器热防护材料地面考核的新型主动冷却试验技术，用于多孔介质防热材料主动发汗冷却特性的地面试验，获得防热材料的发汗冷却特性。属于飞行器地面气动热试验研究领域。

背景技术

在航空航天领域，随着各类飞行器的发展，对于高温防热材料的要求越来越高，比如飞行器以马赫数10飞行时，总温高达3800K，远高于现有金属、非金属材料的熔点，需要进行防热材料的主动冷却。发汗冷却技术是目前新型的主动冷却试验技术之一，国际上在这方面进行了大量的基础研究工作，其通过将液体冷却介质通入多孔介质材料的毛细孔，通过热交换冷却介质发生蒸发相变带走热流，从而实现材料本身温度的降低。发汗冷却具有非常高的冷却效率，目前采用水作为冷却介质的发汗冷却方式具有很好的冷却效果，其只需通入流量非常小的液体水即可以达到非常明显的冷却效果，德国DLR国防研究中心的研究结果表明，在高热流密度条件下，采用0.2g/s水流量的发汗冷却即可将材料表面温度从2000K降至500K以下。国际上公开文献采用石英灯加热器模拟高辐射热环境，最高实现了0.3MW/m²的辐射热流密度模拟条件。综合国内外的发现，德国DLR中心的研究着眼于高超声速再入条件下发汗冷却的研究，而关于石英灯高辐射加热器目前未见用于发汗冷却的研究中，将辐射加热和发汗冷却进行结合，研究高辐射热环境下发汗冷却的研究尚未见相关成果报道，这两种方式的研究可以对目前发汗冷却的基础机理进行深入的探讨，提升对于这种新型防热技术的研究。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题：提供了一种新型主动防热技术-发汗冷却的地面试验装置，利用大功率石英灯加热器实现了最高0.4MW/m²高辐射热流密度条件，可进行低至0.3g/s水流量的发汗冷却地面试验，满足了新型主动热防护试验技术对于气动热防护地面试验设备的要求。

本实用新型的技术方案：一种辐射加热-发汗冷却试验装置，包括石英灯辐射加热设备、水冷反射板、发汗冷却试验装置、温度测量设备、压力测量设备、电磁流量计、柱塞泵；

石英灯辐射加热设备向外辐射发光，用于反射辐射发光的水冷反射板布置在石英灯辐射加热设备的正上方，多孔介质防热材料布置在石英灯辐射加热设备的正下方，待试验多孔介质防热材料和发汗冷却试验装置一体化安装，形成积液腔，柱塞泵为积液腔提供试验冷却介质，温度测量设备、压力测量设备分别测量积液腔内介质和多孔介质防热材料内外表面的温度、压力，电磁流量计测量积液腔通入的流量，通过改变流量大小确定辐射加热-发汗冷却试验装置对多孔介质防热材料的冷却效果。

进一步的，辐射加热-发汗冷却试验装置整体安装于一个封闭的真空舱内，通过真空舱内的不同真空度模拟不同飞行高度的飞行器再入压力条件。

进一步的，所述辐射加热设备为石英灯管组成的大功率石英灯加热器，石英灯管采用双层结构平行交错排列，灯管支撑结构采用水冷设计，最高实现0.4MW/m²的辐射热流密度。

进一步的，所述水冷反射板为两层不锈钢板焊接成型，内腔成封闭腔体，通循环水冷却。

进一步的，水冷反射板覆盖于石英灯辐射加热设备，其整体面积为石英灯辐射加热设备水平方向面积的1.2-1.5倍。