[发明专利]一种气膜冷却卤素灯线加热与冷却装置

说明书

本发明公开了一种气膜冷却卤素灯线加热与冷却装置，包括加热部件、冷却部件等，冷却部件在加热过程中分别对结构部件、加热部件和电气线路进行冷却；冷却部件分为高速冷却水冷却与高压冷却气冷却；加热部件主要将控制过的光束照射到指定加热线上；电气线路与控制电源相连，通过接受电路的控制信号实现加热灯输出功率的调整。本发明克服了传统燃气热冲击及等温热循环试验装置成本高、噪音大、效率低及无法模拟梯度温度环境的缺点，克服了传统石英灯加热技术，采用定制灯管难以适用不同的加热环境的缺点，克服了传统石英灯加热技术，未采用强制冷却与聚焦灯罩导致的加热极限温度低与加热效率不高的缺点，实现了经济、安全、清洁、安静和高效。

技术领域

本发明涉及一种气膜冷却卤素灯线加热与冷却装置，适用于复杂翼型结构及复杂热环境下的加热实验，可用于高超声速飞行器、航空发动机等极端热环境试验模拟。

背景技术

在过去的几十年中，世界各国对高超声速飞行器越来越重视，我国高超声速飞行器的发展也正在寻求新的突破，飞行器高超声速飞行后出现的气动加热现象非常严重，飞机以马赫数3飞行时，其表面驻点温度就可高达500℃，马赫数为8-9的高超音速巡航导弹弹翼前缘温度将超过1200℃。由于气动热产生的高温，会降低材料的强度极限和飞行器结构的承载能力，使飞行器材料产生热变形，破坏部件的气动外形并影响安全飞行。为保证高速飞行器的安全，确认飞行器材料是否能经得起高速飞行时所产生的热冲击及高温热应力破坏，必须对高速飞行器所使用的材料与结构进行静、动态的气动热模拟试验与热-力联合试验。模拟飞行材料在高速飞行时的受热状况，测试并分析瞬态热冲击条件下材料的热强度、热应力、热变形和热膨胀量等高温力学性能参数的变化对飞行安全的影响。

目前对于高超声速飞行器机翼前缘气动线加热实验问题，当前的方法为采用定制化加热设备，根据所需加热曲线搭建与之适应的支架，支架间布置裸露的卤素灯加热管，对曲线进行加热测试。其中，卤素灯加热管不做强制冷却；卤素灯灯管的电线直接接入加热控制电源总线。实验过程中，首先将待加热部分推入到加热设备的支架内，再将要待热曲线放在卤素灯焦线上。传统的加热方式有以下几个问题：

1、裸露的卤素灯加热管，灯管背部辐射不能高效地利用到加热过程。

2、卤素灯灯管不做强制冷却，其加热极限受到灯管极限耐温限制。

3、单一化定制设备，不具有对于不同类型、大小的曲线气动加热试验适应性。

4、高超声速飞行器气动加热的温度场分布复杂，对于定制设备，控制系统编写难度大，实验周期长。

5、高超声速飞行器在服役过程中，在机翼前缘、尾翼前缘等位置存在局部高温区域。传统的平板加热方式并不能良好地应对高超声速飞行器局部极高温度区的问题。

目前还未见到研制成功的大功率石英灯线性区域加热装置。通常在石英灯玻璃在1000℃左右会出现石化现象，导致石英透光性下降，透光性下降使石英灯管温度快速升高，灯管将迅速失效。灯管内保护灯丝的气逸出，灯丝烧坏。不做强制冷却的灯管难以实现超过1000℃的近距离快速加热。且为了满足高超声速飞行器气动加热温度场的要求，线性区域加热的石英灯加热装置需要与已有平面石英灯加热装置或其他加热模块有良好的通用性与互换性。综上所述，开发一套经济、安全、清洁、安静和高效的可编程控制的线性区域石英灯加热装置与系统十分必要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种气膜冷却卤素灯线加热与冷却装置，其具有结构紧凑、性能稳定、可大规模模块化拼接、温度易控、极限性能更高、效率更好的特点，同时能拟合高超声速飞行器中局部极高的线性分部的温度区，也能克服传统卤素灯加热1000℃以上会出现石化破损的问题，

本发明采用如下技术方案来实现的：