[实用新型]一种液体冷却夹层的卤素灯与模块化平面加热装置

说明书

本实用新型公开一种液体冷却夹层的卤素灯与模块化平面加热装置，包括液体冷却夹层卤素灯结构、平面加热装置结构、部分零部件的技术处理；其中，平面加热装置用于布置内部冷却管路、电气线路、与固定卤素灯；由液体冷却夹层卤素灯结构组成的灯管组负责对表面加热；通过部分零部件的技术处理，优化在加热过程中，灯管的冷却性能与灯结构件的冷却性能。本实用新型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装置，无法对不同加热面适应性使用同时进行强制冷却的缺点，并将石英灯平面正常加热温度极限提升到了1700℃，实现了经济、安全、清洁、安静和高效的加热试验。

技术领域

本实用新型涉及一种液体冷却夹层的卤素灯与模块化平面加热装置，适用于大面积复杂异型结构复杂热环境加热实验，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-载联合试验。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、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大型复杂曲面气动加热实验问题，当前的方法为采用定制化加热设备，根据所需加热形面搭建与之适应的支架，支架间布置裸露的卤素灯加热管，对曲面进行加热测试。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，首先将加热曲面推入到加热设备的支架内。传统的加热方式有以下几个问题：

1、裸露的卤素灯加热管，灯管背部辐射不用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、大小的曲面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。

同时，在过去的几十年中，薄膜基底系统的研究已经成为材料科学与工程领域发展中的主题之一，固态薄膜已成功应用于电子、信息、航天航天、医药等诸多领域的多种工程系统，并实现了多种功能。例如集成电路中的薄膜器件、柔性微机电系统中的薄膜传感器、高温热端部件表面的隔热涂层以及摩擦磨损零件表面的耐磨涂层。然而，薄膜基底系统中薄膜材料与基底材料自身材料属性的不匹配，往往会导致薄膜产生足够大的内应力，造成薄膜的脱层、断裂，甚至失效。对于以热障涂层为代表的高温隔热涂层而言，热失配引起的内应力是导致涂层系统剥离失效的主要原因之一，热冲击性能是评价高温隔热涂层服役性能的主要实验手段。

目前，高温隔热涂层热冲击性能大多通过燃气热冲击试验装置或者等温热循环试验装置完成。燃气热冲击试验装置的基本原理是利用高温火焰喷枪产生高温高速火焰直接加热被测试样，同时利用压缩空气对试样的背面进行冷却，保持一段时间后停止加热，继续利用压缩空气使被测试样降至常温，完成一次热冲击，然后以此循环，实现温度梯度环境下的热冲击测试。然而，以热障涂层为例，在燃气加热1250℃、保温5min、压缩空气强制冷却至常温以及表面剥离15％认定为失效的情况下，其热冲击寿命往往可达8000次以上，一次完整的实验往往需要耗费数月，这对实验操作的可行性及可重复性带来了巨大困难。总体来说，传统的热冲击性能评价方式存在以下几个方面的问题：

1、燃料的需求量非常大，成本居高不下；