CN109540692B - 瞬态高温大过载热力复合试验装置 - Google Patents

瞬态高温大过载热力复合试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了瞬态高温大过载热力复合试验装置，包括：离心机法兰板，离心机法兰板安装在离心机上；隔热底座，隔热底座的底部安装在离心机法兰板上；加热筒，加热筒的下端安装在隔热底座的顶部；加热筒内设置有用于试验件加热的石英灯组结构，试验件置于石英灯组结构内部；隔热盖板，隔热盖板盖在加热筒顶部。隔热底座、加热筒和隔热盖板组合形成的、近乎密闭的空间，使得瞬态高温得以轻松实现的同时，又能将高温区与试验设备有效阻隔，因而实现了瞬态高温热加速度复合试验能力；且隔热底座、加热筒和隔热盖板组合形成的结构能在离心机上使用，且能实现温度‑加速度复合试验需求。

Description

瞬态高温大过载热力复合试验装置
技术领域
本发明属于瞬态高温设备技术领域，具体涉及瞬态高温大过载热力复合试验装置。
背景技术
随着科技的进步，超音速技术广泛的应用在国防、运输等领域。国防领域，研制了包括大型客机、先进战斗机、导弹等多项重大武器装备；交通运输方面，时速高达每小时4千公里的高速飞行列车项目也开始了论证(央广网2017-08-31“航天科工开展高速飞行列车研究论证最高时速可达4千公里”)。
在超音速环境下，武器、飞行器、运输设备以极快的速度与空气进行摩擦，表面温度迅速上升，数秒中温度可以上升至上千度。在这种严酷的温度环境下，设备产品材料的状态及特性变化，如是否会燃烧、融化、变脆、变软等，是设备产品初期设计就需要解决的一大难题。因此，对产品进行地面温度-加速度环境试验考核是产品设计必不可少的一环。
通过调研知，现有加热手段如温度箱、贴片式加热等在升温速率及升温范围方面无法满足短时间内上千度的升温要求。现阶段，国内外较常用的做法是采用石英灯，组成灯阵对试验件进行考核。但现阶段的各种灯阵不具备对产品进行瞬态高温-大过载热力复合试验的条件。
在国内，石英灯阵这一热加载试验能力尚处于研究阶段，个别单位如北京航空航天大学，空气动力研究院等初步建立了试验能力。其做法就是根据试验件的尺寸，定制一定数量的石英灯，设计石英灯夹具排列至试验件周围，石英灯阵利用钢结构或相关结构体进行固定。
上述加热试验装置的灯阵裸露于空气中，因此存在如下缺点：
1、对升温速率和加热效率造成明显不利影响。
2、无法在离心机上使用，因此不能实现温度-加速度复合试验需求。
造成上述缺点的原因，可能是由于在实验能力建立之初，往往存在先解决从无到有的过程；另一方面，需要瞬态高温-大过载热力复合试验的加热需求较少。随着需求的增加，试验效率，人员保护，加热效率等就会有着越来越多的要求。
为了解决以上问题我方研发出了一种瞬态高温大过载热力复合试验装置。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供瞬态高温大过载热力复合试验装置。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
瞬态高温大过载热力复合试验装置，包括：
离心机法兰板，离心机法兰板安装在离心机上；
隔热底座，隔热底座的底部安装在离心机法兰板上；
加热筒，加热筒的下端安装在隔热底座的顶部；加热筒内设置有用于试验件加热的石英灯组结构，试验件置于石英灯组结构内部；
隔热盖板，隔热盖板盖在加热筒顶部。
隔热底座、加热筒和隔热盖板组合形成的、近乎密闭的空间，使得瞬态高温得以轻松实现的同时，又能将高温区与试验设备有效阻隔，因而实现了瞬态高温热加速度复合试验能力；且隔热底座、加热筒和隔热盖板组合形成的结构能在离心机上使用，且能实现温度-加速度复合试验需求。
具体地，石英灯组结构包括：
多个石英灯；
石英灯底支承环；
石英灯底压板；
石英灯顶压板；
石英灯顶支承环；石英灯底支承环的外壁和石英灯顶支承环的外壁均与加热筒的内壁连接，每个石英灯的上端均通过一石英灯顶压板压紧在石英灯顶支承环上，每个石英灯的下端均通过一石英灯底压板压紧在石英灯底支承环上。
进一步地，石英灯顶压板与石英灯顶支承环的连接、石英灯底压板与石英灯底支承环的连接均采用螺栓。
优选地，多个石英灯围成圆柱体形设置，任意相邻的两个石英灯之间的间隔距离相同。
将石英灯沿轴向方向错开布置设计，以解决短石英灯的有效加热区不满足试验件加热区的情况，同时通过这种合理的错开布置设计，还能实现对试验件各部分均匀加热的能力。
进一步地，在隔热底座内设置有第一空腔；在加热筒的筒壁内设置有第二空腔；在隔热盖板内设置有第三空腔，第一空腔、第二空腔、第三空腔内均填充隔热纤维。
第一空腔、第二空腔、第三空腔的设计，以及在第一空腔、第二空腔、第三空腔内均填充隔热纤维，能有效阻隔内部热量向外部的传递。这种设计为灯阵对试验件快速升温创造条件的同时，又为试验件经受温度和加速度考核创造了条件。
进一步地，石英灯底支承环、石英灯底压板、石英灯顶压板、石英灯顶支承环上均设置有用于防止石英灯脱落的止口结构，石英灯底支承环上的止口结构朝向石英灯底压板方向凸出设置，石英灯顶支承环上的止口结构朝向石英灯顶压板方向凸出设置，石英灯底压板上的止口结构朝向石英灯底支承环方向凸出设置，石英灯顶压板上的止口结构朝向石英灯顶支承环方向凸出设置，石英灯的两端分别卡入两个止口结构内。
通过止口结构对石英灯位置的约束，再结合离心机法兰板的偏转，能对试验件在不同方向施加热-加速度复合载荷。
具体地，在加热筒的筒壁上开设有石英灯导线孔，导线从石英灯导线孔中穿入并为石英灯供电。
本发明的有益效果在于：
本发明的瞬态高温大过载热力复合试验装置：
1、隔热底座、加热筒和隔热盖板组合形成的、近乎密闭的空间，使得瞬态高温得以轻松实现的同时，又能将高温区与试验设备有效阻隔，因而实现了瞬态高温热加速度复合试验能力；且隔热底座、加热筒和隔热盖板组合形成的结构能在离心机上使用，且能实现温度-加速度复合试验需求。
2、将石英灯沿轴向方向错开布置设计，以解决短石英灯的有效加热区不满足试验件加热区的情况，同时通过这种合理的错开布置设计，还能实现对试验件各部分均匀加热的能力。
3、通过止口结构对石英灯位置的约束，再结合离心机法兰板的偏转，能对试验件在不同方向施加热-加速度复合载荷。
附图说明
图1为本发明的外部结构示意图；
图2为本发明的内部结构示意图；
图3为本发明中加热筒内石英灯布置图；
图4为本发明中石英灯底支承环和石英灯底压板装配连接局部放大图；
图5为本发明中对石英灯施加加速度载荷示意图。
图中：1、离心机法兰板；2、隔热底座；21、第一空腔；3、加热筒；31、第二空腔；4、隔热盖板；41、第三空腔；5、试验件；6、石英灯；61、石英灯导线孔；62、石英灯底支承环；63、石英灯底压板；64、螺栓；65、石英灯顶压板；66、石英灯顶支承环；67、止口结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例1，如图1和图2所示，
瞬态高温大过载热力复合试验装置，包括：
离心机法兰板1，离心机法兰板1安装在离心机上；
隔热底座2，隔热底座2的底部安装在离心机法兰板1上；
加热筒3，加热筒3的下端安装在隔热底座2的顶部；加热筒3内设置有用于试验件5加热的石英灯组结构，试验件5置于石英灯6组结构内部；
隔热盖板4，隔热盖板4盖在加热筒3顶部。
隔热底座2、加热筒3和隔热盖板4组合形成的、近乎密闭的空间，使得瞬态高温得以轻松实现的同时，又能将高温区与试验设备有效阻隔，因而实现了瞬态高温热加速度复合试验能力；且隔热底座2、加热筒3和隔热盖板4组合形成的结构能在离心机上使用，且能实现温度-加速度复合试验需求。
实施例2，如图2所示，
本实施例与实施例1的区别在于：
石英灯组结构包括：
多个石英灯6；
石英灯底支承环62；
石英灯底压板63；
石英灯顶压板65；
石英灯顶支承环66；石英灯底支承环62的外壁和石英灯顶支承环66的外壁均与加热筒3的内壁连接，每个石英灯6的上端均通过一石英灯顶压板65压紧在石英灯顶支承环66上，每个石英灯6的下端均通过一石英灯底压板63压紧在石英灯底支承环62上。
实施例3，如图3所示，
本实施例与实施例2的区别在于：
石英灯顶压板65与石英灯顶支承环66的连接、石英灯底压板63与石英灯底支承环62的连接均采用螺栓64。在石英灯6的顶部和底部均分别采用到了2个螺栓64，石英灯6置于2个螺栓64之间，石英灯顶压板65与石英灯顶支承环66、石英灯底压板63与石英灯底支承环62均采用螺栓64拉紧，并将石英灯6的顶部和底部夹住。
实施例4，如图3所示，
本实施例与实施例2的区别在于：
多个石英灯6围成圆柱体形设置，任意相邻的两个石英灯6之间的间隔距离相同。
将石英灯6沿轴向方向错开布置设计，以解决短石英灯6的有效加热区不满足试验件5加热区的情况，同时通过这种合理的错开布置设计，还能实现对试验件5各部分均匀加热的能力。
实施例5，如图2所示，
本实施例与实施例1的区别在于：
在隔热底座2内设置有第一空腔21；在加热筒3的筒壁内设置有第二空腔31；在隔热盖板4内设置有第三空腔41，第一空腔21、第二空腔31、第三空腔41内均填充隔热纤维。
第一空腔21、第二空腔31、第三空腔41的设计，以及在第一空腔21、第二空腔31、第三空腔41内均填充隔热纤维，能有效阻隔内部热量向外部的传递。这种设计为灯阵对试验件5快速升温创造条件的同时，又为试验件5经受温度和加速度考核创造了条件。
实施例6，如图4所示，
本实施例与实施例2的区别在于：
石英灯底支承环62、石英灯底压板63、石英灯顶压板65、石英灯顶支承环66上均设置有用于防止石英灯6脱落的止口结构67，石英灯底支承环62上的止口结构67朝向石英灯底压板63方向凸出设置，石英灯顶支承环66上的止口结构67朝向石英灯顶压板65方向凸出设置，石英灯底压板63上的止口结构67朝向石英灯底支承环62方向凸出设置，石英灯顶压板65上的止口结构67朝向石英灯顶支承环66方向凸出设置，石英灯6的两端分别卡入两个止口结构67内。
通过止口结构67对石英灯6沿其轴向方向的约束，再结合离心机法兰板1的偏转，能对试验件5在不同方向施加热-加速度复合载荷。
实施例7，如图2所示，
本实施例与实施例2的区别在于：
在加热筒3的筒壁上开设有石英灯导线孔61，导线从石英灯导线孔61中穿入并为石英灯6供电。
本试验装置可以为试验件5施加如图5所示轴向和横向两个方向的瞬态高温热-加速度载荷。本试验装置已实现了80g、大于600℃的热-加速度试验考核。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (4)

1.瞬态高温大过载热力复合试验装置，其特征在于，包括：
离心机法兰板，离心机法兰板安装在离心机上；
隔热底座，隔热底座的底部安装在离心机法兰板上；
加热筒，加热筒的下端安装在隔热底座的顶部；加热筒内设置有用于试验件加热的石英灯组结构，试验件置于石英灯组结构内部；
隔热盖板，隔热盖板盖在加热筒顶部；
石英灯组结构包括：
多个石英灯；
石英灯底支承环；
石英灯底压板；
石英灯顶压板；
石英灯顶支承环；石英灯底支承环的外壁和石英灯顶支承环的外壁均与加热筒的内壁连接，每个石英灯的上端均通过一石英灯顶压板压紧在石英灯顶支承环上，每个石英灯的下端均通过一石英灯底压板压紧在石英灯底支承环上；
多个石英灯围成圆柱体形设置，任意相邻的两个石英灯之间的间隔距离相同；
石英灯底支承环、石英灯底压板、石英灯顶压板、石英灯顶支承环上均设置有用于防止石英灯脱落的止口结构，石英灯底支承环上的止口结构朝向石英灯底压板方向凸出设置，石英灯顶支承环上的止口结构朝向石英灯顶压板方向凸出设置，石英灯底压板上的止口结构朝向石英灯底支承环方向凸出设置，石英灯顶压板上的止口结构朝向石英灯顶支承环方向凸出设置，石英灯的两端分别卡入两个止口结构内。
2.根据权利要求1所述的瞬态高温大过载热力复合试验装置，其特征在于，石英灯顶压板与石英灯顶支承环的连接、石英灯底压板与石英灯底支承环的连接均采用螺栓。
3.根据权利要求1所述的瞬态高温大过载热力复合试验装置，其特征在于：在隔热底座内设置有第一空腔；在加热筒的筒壁内设置有第二空腔；在隔热盖板内设置有第三空腔，第一空腔、第二空腔、第三空腔内均填充隔热纤维。
4.根据权利要求1所述的瞬态高温大过载热力复合试验装置，其特征在于：在加热筒的筒壁上开设有石英灯导线孔，导线从石英灯导线孔中穿入并为石英灯供电。
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