CN110136772A - 一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置 - Google Patents

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邱恒斌
肖乃风
宫永辉
刘永清
何西波
罗俊清
陈鑫
王伟
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Abstract

本发明提出一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置，其安装底板固定于舱内的大型结构上；安装底板上还固定连接有若干冷却气管，冷却气管一端通入大型结构的内部，另一端通过与其一一对应的供气支管连接至穿舱阀门；穿舱阀门固定于舱的侧壁处，穿舱阀门与舱外的供气总管连接，供气总管连接至供气系统；供气总管上还设有流量计。该内部主动冷却装置的冷却效率高，成本低，调试周期短，安装方便，适用性强。

Description

一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置
技术领域
本发明涉及一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置。
背景技术
高速飞行器在大气层内的高速飞行会引起严重的气动加热问题，气动加热效应向飞行器舱内的热浸透影响严重，同时舱内设备发热散热困难，会导致舱内热环境过于严酷，舱内温度过高会损坏内部的仪器设备，造成严重的后果。因此飞行器防隔热方案在设计时需要保证舱内仪器设备温度在一定时间内保持合理的温度范围，在飞行器地面试验阶段需要对飞行器舱内仪器设备开展热适应性试验和温控方案考核试验。
对飞行器内部仪器设备开展热适应性试验时，为更加真实的模拟飞行器大气层外飞行时的低气压环境下的传热特性，需要在低气压舱内开展热试验，并且为避免试验后舱内仪器设备的温度继续升高，损坏仪器设备，试验后需要对舱内仪器设备进行主动冷却。在低压舱内开展热试验，试验后由于需要进行复压、开舱门等操作，人员无法快速进入舱内作业，因此需要设计在试验后能快速实现对结构内部冷却的装置，且该冷却装置不能影响试验过程中试验件的热场分布和低压舱内的压力环境。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有技术中的上述不足和需求，本发明提出一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置，其冷却效率高，成本低，调试周期短，安装方便，适用性强。
(二)技术方案
一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置，其特征在于，其安装底板固定于舱内的大型结构上；安装底板上还固定连接有若干冷却气管，冷却气管一端通入大型结构的内部，另一端通过与其一一对应的供气支管连接至穿舱阀门；穿舱阀门固定于舱的侧壁处，穿舱阀门与舱外的供气总管连接，供气总管连接至供气系统；供气总管上还设有流量计。
冷却气管为长度为L1的圆柱形管，其一端为螺纹段，另一端为光管段；所述螺纹段的长度为L2，L2约为L1的一半。
冷却气管的材质为Q235钢。
安装底板具有侧板和底板，侧板与底板之间设置加强筋；侧板上设置若干个与冷却气管一一对应的安装孔；侧板朝向大型结构内部的一面依次设置隔热材料和第一螺母，侧板背离大型结构内部的一面设置第二螺母，每一个冷却支管都由第一螺母和第二螺母夹紧固定在侧板上。
底板上设置连接孔。
所述安装孔周向均布于侧板上。
隔热材料选用玻璃纤维，在隔热材料上预留相应的供冷却气管穿过的通孔。
供气支管是外部包裹柔性隔热材料的橡胶管；供气总管是橡胶管。
供气系统包括冷却气体生产系统和压力调节系统，冷却气体进口压力由常压调节至1.0MPa，进口压力和流速通过供气系统末端的调节阀进行调节，通过控制调节阀的开启度对供气总管和供气支管中冷却气体流量进行控制。
冷却气体为氮气。
(三)有益效果
本发明的一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置采用氮气作为气源，冷却气管周向布置在安装底座上，安装底座与大型结构一端固定连接，冷却气管穿过安装底座和柔性隔热材料通入到大型结构内部，冷却气管通过穿舱阀门实现与低压舱外的氮气设备连接，氮气进口压力和流量是通过供气系统末端的调节阀实现的，通过控制阀门开启度对管路内流量进行控制。
该主动冷却装置可以实现氮气进口压力常压～1.0MPa以及15m3/min的出气流量，通过增加进气管路可以进一步提高装置的冷却能力。
冷却气管的螺纹设计及与安装底座的分体设计，便于冷却气管与安装底座的固定安装。
安装底座的冷却气管安装孔周向布局，可以减少流阻，实现对结构内部的快速冷却，提高冷却效率。通过增加冷却气管的数量和改变孔径大小可使该装置具有一定的扩展能力。
采用玻璃纤维的隔热材料密封，一方面为结构热试验提供绝热边界，另一方面可提高冷却效率。
使用氮气作为冷却介质，氮气进口压力是通过系统末端的调节阀实现的，通过控制阀门开启度对管路内流量进行控制。
总之，该主动冷却装置不会影响试验过程中试验件热场分布和低压舱内的压力环境，具有冷却效率高，成本低，调试周期短，安装方便，适用性强等优点。
附图说明
图1本发明的一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置整体结构示意图。
图2内部主动冷却装置结构示意图。
图3冷却气管结构示意图。
图4安装底板结构示意图。
图中：1-冷却气管，2-安装底板，3-隔热材料，4-供气支管，5-穿舱阀门，6-流量计，7-供气总管，8-供气系统，9-低压舱，10-大型结构。
具体实施方式
参见图1-2，本发明的一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置，安装底板2固定于低压舱9内的大型结构10上；安装底板2上还固定连接有若干冷却气管1，冷却气管1一端通入大型结构10的内部，另一端通过与其一一对应的供气支管4连接至穿舱阀门5；穿舱阀门5固定于低压舱9的侧壁处，穿舱阀门5与低压舱9外的供气总管7连接，供气总管7连接至供气系统8；供气总管7上还设有流量计6。
参见图3，冷却气管1为长度为L1的圆柱形管，其一端为螺纹段，另一端为光管段；所述螺纹段的长度为L2，L2约为L1的一半。冷却气管1的材质为Q235钢。具体实施中，L1取400mm，L2取200mm，冷却气管1的内径为10mm，外径为16mm。长螺纹段便于与安装底板固定连接，也便于伸入长度的调节；L1长度使供气支管4远离辐射加热区，降低其温度。
参见图4，安装底板2具有侧板和底板，侧板与底板之间设置加强筋；侧板上设置若干个与冷却气管1一一对应的安装孔；侧板朝向大型结构10内部的一面依次设置隔热材料3和第一螺母，侧板背离大型结构10内部的一面设置第二螺母，每一个冷却支管1都由第一螺母和第二螺母夹紧固定在侧板上。底板上设置连接孔。所述安装孔周向均布于侧板上。
该结构便于冷却气管1安装时贴近大型结构10的内壁，通气冷却时可以快速降低大型结构10内壁的温度并将内部热空气吹出，避免内壁向内部仪器辐射传热和内部热空气向内部导热。由于内部仪器与内壁之间有一定间隙，冷却气管1贴近内壁安装还可以有效减小气流的流阻，提高冷却效率。
隔热材料3选用玻璃纤维，在隔热材料3上预留相应的供冷却气管1穿过的通孔。隔热材料3一方面可以给大型结构10的热试验提供绝热边界，避免试验过程中外部气体与内部气体对流换热，能更准确的模拟大型结构10的温度边界，另一方面通过隔热材料3将大型结构10的一端密封后，试验后通气冷却时可强迫冷却气体从大型结构10内部的一端往另一端运动，避免气体回流，提高冷却效率。
供气支管4是外部包裹柔性隔热材料的橡胶管。供气总管7是橡胶管。具体实施中，供气支管4的内径为16mm，供气总管7的内径为50mm。
供气系统8包括冷却气体生产系统和压力调节系统，冷却气体进口压力由常压调节至1.0MPa，进口压力和流速通过供气系统8末端的调节阀进行调节，通过控制调节阀的开启度对供气总管7和供气支管4中冷却气体流量进行控制，调节冷却气体流量可调节对大型结构内部的冷却速率。
冷却气体为氮气。

Claims (10)

1.一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置，其特征在于，其安装底板固定于舱内的大型结构上；安装底板上还固定连接有若干冷却气管，冷却气管一端通入大型结构的内部，另一端通过与其一一对应的供气支管连接至穿舱阀门；穿舱阀门固定于舱的侧壁处，穿舱阀门与舱外的供气总管连接，供气总管连接至供气系统；供气总管上还设有流量计。
2.如权利要求1所述的一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置，其特征在于，冷却气管为长度为L1的圆柱形管，其一端为螺纹段，另一端为光管段；所述螺纹段的长度为L2，L2约为L1的一半。
3.如权利要求2所述的一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置，其特征在于，冷却气管的材质为Q235钢。
4.如权利要求1所述的一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置，其特征在于，安装底板具有侧板和底板，侧板与底板之间设置加强筋；侧板上设置若干个与冷却气管一一对应的安装孔；侧板朝向大型结构内部的一面依次设置隔热材料和第一螺母，侧板背离大型结构内部的一面设置第二螺母，每一个冷却支管都由第一螺母和第二螺母夹紧固定在侧板上。
5.如权利要求4所述的一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置，其特征在于，底板上设置连接孔。
6.如权利要求4所述的一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置，其特征在于，所述安装孔周向均布于侧板上。
7.如权利要求4所述的一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置，其特征在于，隔热材料选用玻璃纤维，在隔热材料上预留相应的供冷却气管穿过的通孔。
8.如权利要求1所述的一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置，其特征在于，供气支管是外部包裹柔性隔热材料的橡胶管；供气总管是橡胶管。
9.如权利要求1所述的一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置，其特征在于，供气系统包括冷却气体生产系统和压力调节系统，冷却气体进口压力由常压调节至1.0MPa，进口压力和流速通过供气系统末端的调节阀进行调节，通过控制调节阀的开启度对供气总管和供气支管中冷却气体流量进行控制。
10.如权利要求9所述的一种低压热试验用大型结构内部主动冷却装置，其特征在于，冷却气体为氮气。
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