CN109874182A - 一种新型石英灯加热装置 - Google Patents

Abstract

一种新型石英灯加热装置，本发明属于航空航天飞行器环境模拟技术。针对石英灯管温度过高导致加热装置失效而直接冷却措施缠手扰流的问题，本发明提供一种提升石英灯输出功率并延长石英灯在高温环境下使用寿命的模块化石英灯加热装置：引入压缩空气对石英玻璃进行实时冷却，利用主动冷却带走石英灯管的热量，保证石英灯在一个安全范围的环境内工作；同时设计了冷水通道，通过主动冷却带走灯座和反射板吸收的热量。本发明提高了石英灯输出热流，延长了加热时间及灯管使用寿命，增强了加热器的可靠性及稳定性，增加热流场均匀性，创造良好的经济效益。

Description

一种新型石英灯加热装置

技术领域

本发明涉及一种新型石英灯加热装置，属于航空航天飞行器环境模拟技术。

背景技术

石英灯具有尺寸小、功率大、热效率高、使用寿命长、热惯性小、可控性好等优点，适合于大面积的结构表面进行加热，是气动加热模拟试验较为理想的加热元件。随着飞行器马赫数的不断提高，其表面热流要求越来越高，已超过常规加热装置的最大输出热流(0.85MW/m²左右)。石英灯在此种严酷热环境中工作，易造成石英玻璃石化、软化，丧失加热能力。

为了更好地模拟高马赫数下飞行器的气动加热，继续发挥石英灯的优点，需对石英灯进行有效冷却，以提高其加热能力，但又不能影响试验件表面的传热，综合考虑采用模块化的设计技术以实现模拟更高马赫数飞行器表面热流的要求。

此外，常规加热装置是针对每个试验件的形状单独设计的随形加热器，几乎无法重复使用，会造成较大的浪费。使用新型石英灯加热装置则可避免此类问题。

目前常规石英灯加热装置可以通过提高输入电压来提高石英灯输出功率。但当石英灯长时间大功率输出时，如不对石英灯灯头及灯管进行有效冷却，造成石英灯灯管温度过高而出现石英玻璃“软化”、“石化”现象。石英玻璃出现软化，容易造成灯管鼓包法，甚至破损；而石英玻璃“石化”后，其透光率急剧下降，无法将红外辐射透射出去，产生灯管温度急剧上升的恶性循环，最终造成常规加热装置失效。

通过上述分析，常规加热装置失效破坏的主因是未能对石英灯进行冷却。但如果在常规加热装置内直接引入冷却措施，扰流对试验件表面干扰太大，甚至无法达到试验目的。为此可以在设计时将冷却措施集成于加热装置内部，制成模块化加热装置，通过对石英灯的灯头及灯管、灯座、反射板等采取有效的措施进行冷却，以达到提升石英灯加热功率并延长使用寿命的目的

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提升石英灯输出功率并延长石英灯在高温环境下使用寿命的新型石英灯加热装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：引入压缩空气对石英玻璃进行实时冷却，利用主动冷却带走石英灯管的热量，保证石英灯在一个安全范围的环境内工作。气流首先通过气路接头进入反射板内的空气流道，其中一部分空气直接进入反射板与石英玻璃板围成的空腔，冷却石英灯的灯管和石英玻璃板，另一部分空气通过灯座冷却石英灯的灯头，最后通过灯头上预留的流道经侧宽板上的条形孔排放至大气中；同时，为了保持灯座及反射板在安全温度范围内工作，设计了冷水通道，通过主动冷却带走灯座和反射板吸收的热量。

本发明提高了石英灯输出热流，延长了加热时间及灯管使用寿命，增强了加热器的可靠性及稳定性，增加热流场均匀性，创造良好的经济效益。

附图说明

图1为新型石英灯加热装置结构图；

图2为侧长板示意图；

图3为侧宽板示意图；

图4为灯座示意图；

其中：1－侧长板、2－灯座一、3－灯座二、4－侧宽板一、5－侧宽板二、6－反射板、7－石英灯组、8－玻璃板、9－小夹板一、10－小夹板二、11－角型密封板一、12－角型密封板二、13－接线端子一、14－接线端子二、15－航空插头、16－水管一、17－水管二、18－气管、19－直通型水路接头一、20－直通型水路接头二、21－直通型水路接头三、22－直通型水路接头四、23－直角型水路接头一、24－直角型水路接头二、25－特殊直角形水路接头一、26－特殊直角形水路接头二、27－特殊直角形水路接头三、 28－特殊直角形水路接头四、29－气路接头。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本专利作进一步的详细说明：

请参阅图1～图4，本专利装置包括侧长板1、灯座一2、灯座二3、侧宽板一4、侧宽板二5、反射板6、石英灯组7、玻璃板8、小夹板一9、小夹板二 10、角型密封板一11、角型密封板二12、接线端子一13、接线端子二14、航空插头15、水管一16、水管二17、气管18、直通型水路接头一19、直通型水路接头二20、直通型水路接头三21、直通型水路接头四22、直角型水路接头一23、直角型水路接头二24、特殊直角形水路接头一25、特殊直角形水路接头二26、特殊直角形水路接头三27、特殊直角形水路接头四28、气路接头29。

其中，所述侧长板及侧宽板均采用铝合金经钣金而成，如图2、图3所示，主要用于封闭加热装置，并提供开口为水/气路进/出提供通道，并留有通孔用于安置航空插头。

灯座采用铝合金经机械加工而成，如图4所示，用于提供气路出口，为石英灯高温导线预留安放槽道。并在灯座上表面设有固定角型密封板、接线端子的螺纹孔。

反射板采用铝合金加工而成，用于反射石英灯发出的红外辐射，并设置有冷却空气出口，用于冷却石英灯组。

玻璃板采用石英玻璃制成，放置在反射板下部卡槽内，与反射板形成空腔，在冷却石英灯组的同时不对试验件表面造成对流干扰。

接线端子主体采用陶瓷制成，内设金属连接部件，金属连接件两端分别用于连接石英灯组的高温导线和航空插头引出导线。

角型密封板采用绝缘材料制成，用于防止热气流进入侧长坂内部空间。

小夹板采用铝合金制成，用于固定石英灯组及提供气冷通道。

直通型水路接头一19、直通型水路接头二20、直通型水路接头三21、直通型水路接头四22、直角型水路接头一23、直角型水路接头二24、特殊直角形水路接头一25、特殊直角形水路接头二26、特殊直角形水路接头三27、特殊直角形水路接头四28、气路接头29采用铜镀铬材质，为标准件，用于水/气路出/入口连接水管与水流通道或气路入口。

航空插头采用标准产品，用于将石英灯组7两端导线与外部电源快速连接。图中给出了包含航空插头、石英灯组在内新型石英灯加热装置电路连接形式。

该新型石英灯加热装置的可长时间大热流条件下运行，得益于主动冷却手段，简述如下：

a)冷却水从水管一16流入至灯座二3中部的直角型水路接头一23进入，通过灯座二3两侧的2个直通型水路接头一19、直通型水路接头二20 流出，进入反射板6上的特殊直角形水路接头一25、特殊直角形水路接头二26，通过反射板6内部槽道，经另外的特殊直角形水路接头三27、特殊直角形水路接头四28流出，通过灯座二3上的直通型水路接头三 21、直通型水路接头四22，经灯座二3上的直角型水路接头二24经水管二17流出。

b)冷却气体通过气管18流入至反射板6上的气路接头29流入，一部分经过反射板6上的气孔排除到反射板6与玻璃板8构成的腔体内，冷却石英灯组7的灯管部分，另一部分通过反射板6内部的管道，经过小夹板一9、小夹板二10及灯座一2、灯座二3内部槽道流向石英灯组7的灯头部分，经过侧宽板一4、侧宽板二5上的出气孔排到大气环境中。

本发明装配过程如下：

a)将直通型水路接头一19、直通型水路接头二20、直角型水路接头一23 与灯座一2连接；

b)将直通型水路接头三21、直通型水路接头四22、直角型水路接头二24 与灯座二3相连；

c)将特殊直角形水路接头一25、特殊直角形水路接头二26、特殊直角形水路接头三27、特殊直角形水路接头四28、气路接头29与反射板6相连；

d)再将水管一16、水管二17、气管18分别与直角型水路接头一23、直角型水路接头二24、气路接头29相连；

e)再将角型密封板一11与接线端子一13通过螺栓连接至灯座一2上表面；

f)灯座一2、小夹板一9及反射板6通过螺栓连接；

g)将角型密封板二12与接线端子二14通过螺栓连接至灯座二3上表面；

h)灯座二3、小夹板二10及反射板6通过螺栓连接；

i)将石英灯组7两端引出的导线分别通过灯座一2、灯座二3的槽道，再分别与接线端子一13及接线端子二14相连；

j)接线端子一13、接线端子二14引出导线与航空插头15相连；

k)将石英灯组7通过侧宽板一4及侧宽板二5固定，玻璃板8安装在反射板6底端的卡槽中；

l)再将侧宽板一4通过螺钉与灯座一2相连；

m)侧宽板二5通过螺钉与灯座二3相连；

n)侧长板1通过螺钉与灯座一2、灯座二3相连；航空插头15固定在侧长板1上。

将加热装置组装完成后，通过侧长板1上的螺栓孔固定加热装置到安装框架上，通过侧长板1上的气管18、水管一16及水管二17、航空插头15等分别与气源、水源/排水通道、电源相连，通过控制装置控制输入电压来调节石英灯辐射能量输出，进行结构/热试验。

Claims (10)

1.一种新型石英灯加热装置，其特征在于：由侧长板1、灯座一2、灯座二3、侧宽板一4、侧宽板二5、反射板6、石英灯组7、玻璃板8、小夹板一9、小夹板二10、角型密封板一11、角型密封板二12、接线端子一13、接线端子二14、航空插头15、水管一16、水管二17、气管18、直通型水路接头一19、直通型水路接头二20、直通型水路接头三21、直通型水路接头四22、直角型水路接头一23、直角型水路接头二24、特殊直角形水路接头一25、特殊直角形水路接头二26、特殊直角形水路接头三27、特殊直角形水路接头四28、气路接头29组成；直通型水路接头一19、直通型水路接头二20、直角型水路接头一23与灯座一2连接；直通型水路接头三21、直通型水路接头四22、直角型水路接头二24与灯座二3相连；特殊直角形水路接头一25、特殊直角形水路接头二26、特殊直角形水路接头三27、特殊直角形水路接头四28、气路接头29与反射板6相连；水管一16与直角型水路接头一23连接；水管二17与直角型水路接头二24连接；气管18与气路接头29连接；角型密封板一11与接线端子一13通过螺栓连接至灯座一2上表面；灯座一2、小夹板一9及反射板6通过螺栓连接；将角型密封板二12与接线端子二14通过螺栓连接至灯座二3上表面；灯座二3、小夹板二10及反射板6通过螺栓连接；将石英灯组7两端引出的导线分别通过灯座一2、灯座二3的槽道，再分别与接线端子一13及接线端子二14相连；接线端子一13、接线端子二14引出导线与航空插头15相连；石英灯组7通过侧宽板一4及侧宽板二5固定，玻璃板8安装在反射板6底端的卡槽中；侧宽板一4通过螺钉与灯座一2相连；侧宽板二5通过螺钉与灯座二3相连；侧长板1通过螺钉与灯座一2、灯座二3相连；航空插头15固定在侧长板1上。

2.根据权利要求1所述的一种新型石英灯加热装置，其特征在于：冷却水从水管一16流入至灯座二3中部的直角型水路接头一23进入，通过灯座二3两侧的2个直通型水路接头一19、直通型水路接头二20流出，进入反射板6上的特殊直角形水路接头一25、特殊直角形水路接头二26，通过反射板6内部槽道，经另外的特殊直角形水路接头三27、特殊直角形水路接头四28流出，通过灯座二3上的直通型水路接头三21、直通型水路接头四22，经灯座二3上的直角型水路接头二24经水管二17流出。

3.根据权利要求2所述的一种新型石英灯加热装置，其特征在于：冷却气体通过气管18流入至反射板6上的气路接头29流入，一部分经过反射板6上的气孔排除到反射板6与玻璃板8构成的腔体内，冷却石英灯组7的灯管部分，另一部分通过反射板6内部的管道，经过小夹板一9、小夹板二10及灯座一2、灯座二3内部槽道流向石英灯组7的灯头部分，经过侧宽板一4、侧宽板二5上的出气孔排到大气环境中。

4.根据权利要求1所述的一种新型石英灯加热装置，其特征在于：所述侧长板及侧宽板均采用铝合金经钣金而成。

5.根据权利要求1所述的一种新型石英灯加热装置，其特征在于：所述灯座采用铝合金。

6.根据权利要求1所述的一种新型石英灯加热装置，其特征在于：所述反射板采用铝合金。

7.根据权利要求1所述的一种新型石英灯加热装置，其特征在于：所述玻璃板采用石英玻璃制成。

8.根据权利要求1所述的一种新型石英灯加热装置，其特征在于：所述接线端子主体采用陶瓷制成。

9.根据权利要求1所述的一种新型石英灯加热装置，其特征在于：所述角型密封板采用绝缘材料制成。

10.根据权利要求1所述的一种新型石英灯加热装置，其特征在于：所述小夹板采用铝合金制成。