CN112611534B - 连续式高温空气加热器保温层隔离结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续式高温空气加热器保温层隔离结构，所述加热器的结构被配置为包括：在风洞内呈环形布置，以对流换热方式对风洞试验气体进行连续式加热的多个加热组件，各加热组件上分别设置两个电引出头；设置在加热组件外围的保温层；设置在保温层与加热组件之间，以对保温层位置进行限定的内壳体；其中，所述内壳体上设置有可供各电引出头上绝缘陶瓷穿出的多个引电腰孔；各引电腰孔上分别滑动设置有对保温层进行限定的盖板。本发明提供一种连续式高温空气加热器保温层隔离结构，通过设置引电腰孔，避免绝缘陶瓷在挤压作用下导致的破碎，通过设置与引电腰孔相配合的盖板，有效解决了因引电腰孔增大而导致的保温棉容易被吸出的缺陷，具有更好的稳定性。

Description

连续式高温空气加热器保温层隔离结构

技术领域

本发明涉及一种在风洞中进行航空航天飞行器地面吹风实验中使用的装置。更具体地说，本发明涉及一种能够在高超声速风洞试验使用的连续式高温空气加热器保温层隔离结构。

背景技术

在用空气作试验介质的高超声速风洞中，由于马赫数很高，气流经喷管而剧烈膨胀，造成试验段气流静温迅速下降，空气发生冷凝，导致试验段马赫数下降和流场不均匀，使航空航天飞行器风洞模拟试验数据不准确。为了延迟或消除冷凝，高超声速风洞中增设了空气加热器，提高稳定段空气温度，防止冷凝发生。因此，加热器是高超声速风洞的核心部件，其性能直接影响风洞试验数据质量和风洞试验效率。

连续式电阻带式加热器的基本原理是利用金属电阻带作为发热体，以对流换热方式将流过加热器内部的试验空气加热到试验所需的温度。

而在1173K工况下，加热器的内壳体会因热膨胀向右端移动，导致内壳体上的电引出孔向右端移动，而电引出孔、引电棒、绝缘陶瓷、引电法兰位置固定，不能向右端移动。由于电引出孔和对应的绝缘陶瓷之间的间歇为3mm，故最左边的电引出孔可以向右端自由移动，而其它的电引出孔无法自由的向右端移动，使得内壳体与绝缘陶瓷之间产生热应力，绝缘陶瓷受到挤压而破碎，导致内壳体与引电棒搭接短路，加热器无法正常送电，降低风洞试验效率。但是采用引电腰孔结构设计，解决了内壳体热膨胀挤压绝缘陶瓷的问题，显然会导致引电腰孔502-510与绝缘陶瓷之间的间歇增大，为9.1mm～38.7mm，进而导致高压、高速气流冲刷和真空抽吸情况下保温层内的保温棉被吸出，从而污染加热器内的试验空气，影响风洞试验气流的洁净度，影响风洞流场品质，进而影响风洞试验数据质量；同时导致保温层的保温隔热性能下降，导致外壳体壁面温度升高，影响加热器的使用安全。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种连续式高温空气加热器保温层隔离结构，所述加热器的结构被配置为包括：

在风洞内呈环形布置，以对流换热方式对风洞试验气体进行连续式加热的多个加热组件，各加热组件上分别设置两个电引出头；

设置在加热组件外围的保温层；

设置在保温层与加热组件之间，以对保温层位置进行限定的内壳体；

其中，所述内壳体上设置有可供各电引出头上绝缘陶瓷穿出的多个引电腰孔；

各引电腰孔在空间上被配置为18个，且呈上下两层错开分布；

各引电腰孔上分别滑动设置有对保温层进行限定的盖板，各盖板上均设置有可供绝缘陶瓷穿出的第二引电孔；

各盖板在第二引电孔两侧分别设置有腰形槽；

各盖板通过穿过腰形槽的固定销或螺栓进而设置在内壳体上。

优选的是，还包括设置在保温层外部的外壳体，其上设置有与各引电腰孔同轴的第一引电孔；

其中，各孔的大小被配置为Φ80mm；

所述内壳体左端采用铰链固定于外壳体上，右端为热胀冷缩的自由伸缩端。

优选的是，各电引出头还包括与绝缘陶瓷相配合的引电棒以及引电法兰；

其中，所述绝缘陶瓷的外径被配置为Φ36mm。

优选的是，各引电腰孔从左向右的偏移长度被配置为与各孔处内壳体的热膨胀量一致；

其中，除最左边的引电腰孔以外，其它各引电腰孔从左向右的偏移长度范围被配置为在2.4～35.7mm。

优选的是，所述固定销的销条或螺栓一端垂直焊接于内壳体上，所述销条或螺栓的直径小于腰形槽宽度，高度大于盖板的高度；

所述固定销或螺栓的另一端设置有大于腰形槽宽度的帽端，其外径被配置为大于腰形槽的宽度。

优选的是，各腰形槽的长度比与其对应的引电腰孔长度多10～20mm，各腰形槽的长度方向对称中心线与盖板长度方向对称中心线重合；

各盖板的宽度比其对应引电腰孔的宽度多10～20mm，盖板长度比其对应引电腰孔长度的2倍多20～30mm；

各第二引电孔的直径均比绝缘陶瓷外径多4～6mm。

一种应用所述连续式高温空气加热器保温层隔离结构的方法，通过加热器将风洞内的空气温度加热到1173K，同时设定风洞的工作压力为12MPa，空气流量为44.4kg/s；

在内壳体因热膨胀向右端移动时，各绝缘陶瓷在各引电腰孔内伴随向右端移动，且各孔的移动量为各孔的热膨胀量相配合；

各绝缘陶瓷在各引电腰孔移动时，各盖板保持不动，进而通过盖板上的第二引电孔对各引电腰孔的与外连通的大小进行限定。

本发明至少包括以下有益效果：其一，本发明通过将内壳上传统圆形引电孔设置为引电腰孔，进而保证内壳在热膨胀下从左向右移动时，其移动范围具有可控性，故不会对绝缘陶瓷产生挤压作用力，避免绝缘陶瓷在挤压作用下导致的破碎，保证绝缘陶瓷的使用寿命，同时保证设备的工作稳定性。

其二，本发明通过对各引电腰孔的长度设置为与各孔热膨胀量相配合，尽量减少开孔导致的热气外泄，确保整个引电装置的温度在容许的范围内。

其三，本发明通过在与引电腰孔相配合的位置上设置对应的盖板，并同时通过对盖板各结构以及与内壳体配合的方式进行限定，有效解决了因引电腰孔增大而导致的保温棉容易被吸出的缺陷，具有更好的稳定性。

其四，本发明通过对连续式高温空气加热器保温层隔离结构进行具体限定，使得其具体应用在航空航天飞行器地面吹风试验中时，设备使用寿命得到显著提高，能获取更为精准的试验数据，为航空飞行器后期再制造提供支撑性实验数据，为设备升级维护技术服务提供精准的实验数据，具有更好的适应性和实用性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中盖板的俯视结构示意图；

图2为本发明的另一个实施例中空气加热器的纵向截面结构示意图；

图3为本发明的一个实施例中连续式高温空气加热器电引出孔结构的结构示意图；

图4为本发明的另一个实施例中外壳体的结构示意图；

图5为本发明的一个实施例中连续式高温空气加热器的横向截面结构示意图；

图6为本发明的另一个实施例中连续式高温空气加热器的横向截面结构示意图；

图7为原有内壳体上加热器的电引出孔结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1-6示出了根据本发明的一种连续式高温空气加热器保温层隔离结构的实现形式，所述加热器的结构被配置为包括：

在风洞内呈环形布置，以对流换热方式对风洞试验气体进行连续式加热的多个加热组件1，各加热组件上分别设置两个电引出头2，在这种结构中的加热器设置有9个加热组件，每个加热组件有2个电引出头，共18个电引出头；

设置在加热组件外围的保温层3，其用于设备工作中对加热组件的加热效果进行保护，防止其与外部热交换后加热器内部气体温度达不到风洞试验要求；

设置在保温层与加热组件之间，以对保温层位置进行限定的内壳体4，内壳体的作用是隔离保温棉，防止其与外部热交换后加热器内部气体温度达不到风洞试验要求；

其中，所述内壳体上设置有可供各电引出头上绝缘陶瓷15穿出的多个引电腰孔5，其作用在于通过将内壳上传统圆形引电孔设置为引电腰孔，进而保证内壳在热膨胀下从左向右移动时，其移动范围具有可控性，故不会对绝缘陶瓷产生挤压作用力，避免绝缘陶瓷在挤压作用下导致的破碎，保证绝缘陶瓷的使用寿命；

各引电腰孔在空间上被配置为18个，且呈上下两层错开分布，为了解决该结构高温热膨胀导致绝缘陶瓷被挤压而破碎的缺陷，本方案提供了一种新的开孔结构，该开孔结构能让电引出孔向右端自由移动，不会在内壳体与绝缘陶瓷之间产生热应力，绝缘陶瓷不会受到挤压而破碎，加热器能在1173K高温下正常送电；

各引电腰孔上分别滑动设置有对保温层进行限定的盖板6，其用于解决引电腰孔结构在高压、高速气流冲刷和真空抽吸情况下，保温棉容易被吸出的缺陷，本方案在各引电腰孔上均设置相配合的盖板，用于封闭内壳体与绝缘陶瓷之间的间歇，有效防止保温棉被吸出，进而保证设备的使用效果；

各盖板上均设置有可供绝缘陶瓷穿出的第二引电孔7；

各盖板在第二引电孔两侧分别设置有腰形槽8；

各盖板通过穿过腰形槽的固定销或螺栓9进而设置在内壳体上，在这种结构中，第二引电孔保证绝缘陶瓷穿出满足使用要求，同时通过腰形槽的结构设计，使得内壳体可以顺利的沿盖板的腰形槽移动，而固定销或螺栓的作用在于保证盖板与内壳体的配合度，进而使得内壳体在移动时，盖板保持不动，而第二引电孔的作用在移动的过程中，对各引电腰孔的大小进行限定，保证保温层工作的稳定性，同时保证风洞内部的清洁度。

如图4，在另一种实例中，还包括设置在保温层外部的外壳体10，其上设置有与各引电腰孔同轴的第一引电孔11；

其中，各孔的大小被配置为Φ80mm；

所述内壳体左端采用铰链12固定于外壳体上，防止高速气流流动而移动，右端为热胀冷缩的自由伸缩端，在这种结构中，通过对外壳体的设计，进而使得隔热结构的结构稳定性更好，进而保证设备的使用寿命，同时通过内壳体与外壳体的一端固定连接，另一端设置为能热胀冷缩的自由伸缩端，进而保证内壳体工作中具有一定的结构稳定性，同时在工作中具有伸缩移动的余量。

如图6，在另一种实例中，各电引出头还包括与绝缘陶瓷相配合的引电棒14以及引电法兰13；

其中，所述绝缘陶瓷的外径被配置为Φ36mm，在这种结构中，通过的绝缘陶瓷的大小限定，使得其与外壳体、内壳体上的各引电孔相配合，进而保证引电出头在工作中与各结构的配合性。

如图2，在另一种实例中，各引电腰孔从左向右的偏移长度被配置为与各孔处内壳体的热膨胀量一致；

其中，除最左边的引电腰孔501而外，其它各引电腰孔502-510从左向右的偏移长度范围被配置为在2.4～35.7mm，在这种方案下的引电装置由内壳体上的引电腰孔、外壳体上的第一引电孔、引电棒、绝缘陶瓷等组成。502-510的引电腰孔为大小不同的腰形孔，便于加热器电引出，腰形孔的大小满足1173K温度下，内壳体热膨胀后自由的向右端移动，避免内壳体与绝缘陶瓷挤压而导致陶瓷破碎；

具体来说，将502-510的引电腰孔由圆形孔改为腰形孔，孔的长度增加，宽度保持不变，腰形孔开孔方向与内壳体热膨胀移动方向相反；从左到右，随着自由端长度的增加，腰形孔长度逐渐增大，且每个孔的长度满足电引出孔向右端自由移动即可，以尽量减少开孔导致的热气外泄，确保整个引电装置的温度在容许的范围内；而进一步根据1173K时内壳体的热膨胀系数计算出得到引电腰孔502-510对应位置的热膨胀量，进而确定电引出孔502-510对应的腰形孔长度L，即腰形孔长度L与对应处的热膨胀量相等，而各腰形孔结构尺寸如图1以及下表所示：

在另一种实例中，所述固定销的销条或螺栓一端垂直焊接于内壳体上，所述销条或螺栓的直径小于腰形槽宽度，高度大于盖板的高度；

所述固定销或螺栓的另一端设置有大于腰形槽宽度的帽端，其外径被配置为大于腰形槽的宽度，在这种方案中，槽道靠近内壳体固定端有一螺栓，螺栓一端垂直焊接于内壳体上，另一端安装一个螺帽；该螺栓外径小于槽道宽度，高度略大于腰形盖板厚度，螺帽外径大于槽道宽度，即通过对固定销或螺栓的结构进行限定，进而保证盖板与内壳体的配合度，使得内壳体与盖板的配合紧密性好，二者之间基本无缝隙，能有效的防止保温棉被吸出。

在另一种实例中，各腰形槽的长度比与其对应的引电腰孔长度多10～20mm，各腰形槽的长度方向对称中心线与盖板长度方向对称中心线重合；

各盖板的宽度比其对应引电腰孔的宽度多10～20mm，盖板长度比其对应引电腰孔长度的2倍多20～30mm，在这种结构下，确保在常温和1173K高温下均能完全覆盖内壳体上对应的引电腰孔；

各第二引电孔的直径均比绝缘陶瓷外径多4～6mm，通过结构的限定以保证绝缘陶瓷与盖板之间有适当活动间隙，在这种结构中通过对盖板的结构进行细致限定，进而保证盖板与内壳体的配合度，二者之间基本无缝隙，能有效将热膨胀移动下，内壳体上引电腰孔外露的位置进行限定，保证保温层不会被在大气压或抽吸作用下被拉扯出来，结构之间配合的稳定性更好。

一种应用所述连续式高温空气加热器保温层隔离结构的方法，通过加热器将风洞内的空气温度加热到1173K，同时设定风洞的工作压力为12MPa，空气流量为44.4kg/s；

在内壳体因热膨胀向右端移动时，各绝缘陶瓷在各引电腰孔内伴随向右端移动，且各孔的移动量为各孔的热膨胀量相配合；

各绝缘陶瓷在各引电腰孔移动时，各盖板保持不动，进而通过盖板上的第二引电孔对各引电腰孔的与外连通的大小进行限定，在这种方案中通过设备的应用方法限定，使得其相对于现有技术而言，通过对设备的结构进行改进，以使其在具体使用时，能通过对内壳体上的引电腰孔结构设计，使得内壳体在热膨胀移动时，不会对绝缘陶瓷进行挤压，保证设备的使用寿命，同时通过盖板的结构设计，以移动中的引电腰孔外露空间进行限定，进而保证设备使用过程中保温层的工作稳定性能得到保证，同时能保证风洞使用过程中内部清洁度。

以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种连续式高温空气加热器保温层隔离结构，其特征在于，所述加热器的结构被配置为包括：

在风洞内呈环形布置，以对流换热方式对风洞试验气体进行连续式加热的多个加热组件，各加热组件上分别设置两个电引出头；

设置在加热组件外围的保温层；

设置在保温层与加热组件之间，以对保温层位置进行限定的内壳体；

其中，所述内壳体上设置有可供各电引出头上绝缘陶瓷穿出的多个引电腰孔；

各引电腰孔在空间上被配置为18个，且呈上下两层错开分布；

各引电腰孔上分别滑动设置有对保温层进行限定的盖板，各盖板上均设置有可供绝缘陶瓷穿出的第二引电孔；

各盖板在第二引电孔两侧分别设置有腰形槽；

各盖板通过穿过腰形槽的固定销或螺栓进而设置在内壳体上；

各引电腰孔从左向右的偏移长度被配置为与各孔处内壳体的热膨胀量一致；

其中，除最左边的引电腰孔以外，其它各引电腰孔从左向右的偏移长度范围被配置为在2.4～35.7mm。

2.如权利要求1所述的连续式高温空气加热器保温层隔离结构，其特征在于，还包括设置在保温层外部的外壳体，其上设置有与各引电腰孔同轴的第一引电孔；

其中，各孔的大小被配置为Φ80mm；

所述内壳体左端采用铰链固定于外壳体上，右端为热胀冷缩的自由伸缩端。

3.如权利要求1所述的连续式高温空气加热器保温层隔离结构，其特征在于，各电引出头还包括与绝缘陶瓷相配合的引电棒以及引电法兰；

其中，所述绝缘陶瓷的外径被配置为Φ36mm。

4.如权利要求1所述的连续式高温空气加热器保温层隔离结构，其特征在于，所述固定销的销条或螺栓一端垂直焊接于内壳体上，所述销条或螺栓的直径小于腰形槽宽度，高度大于盖板的高度；

所述固定销或螺栓的另一端设置有大于腰形槽宽度的帽端，其外径被配置为大于腰形槽的宽度。

5.如权利要求1所述的连续式高温空气加热器保温层隔离结构，其特征在于，各腰形槽的长度比与其对应的引电腰孔长度多10～20mm，各腰形槽的长度方向对称中心线与盖板长度方向对称中心线重合；

各盖板的宽度比其对应引电腰孔的宽度多10～20mm，盖板长度比其对应引电腰孔长度的2倍多20～30mm；

各第二引电孔的直径均比绝缘陶瓷外径多4～6mm。

6.一种应用如权利要求1-5任一项所述连续式高温空气加热器保温层隔离结构的方法，其特征在于，通过加热器将风洞内的空气温度加热到1173K，同时设定风洞的工作压力为12MPa，空气流量为44.4kg/s；

在内壳体因热膨胀向右端移动时，各绝缘陶瓷在各引电腰孔内伴随向右端移动，且各孔的移动量为各孔的热膨胀量相配合；

各绝缘陶瓷在各引电腰孔移动时，各盖板保持不动，进而通过盖板上的第二引电孔对各引电腰孔的与外连通的大小进行限定。

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