CN207698026U - 一种加热器悬浮段 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种加热器悬浮段，该悬浮段包括：由若干悬浮单元组成，每个悬浮单元包括一个压缩段，进气环和绝缘片，相邻两个悬浮单元之间密封连接；进气环位于压缩段下游的外端面上，进气环的入口与外壳上的进气通道相连，出口与相邻两悬浮单元的上下游之间形成一个气腔，利用该气腔将旁路击穿的电弧吹散；利用绝缘片实现相邻的压缩段之间的电气绝缘。本实用新型可以应用于高压大功率加热器悬浮段设计。
Description
技术领域
本实用新型属于飞行器防热结构考核地面模拟技术领域，特别涉及一种能够承受高温高压气流冲刷的高压大功率加热器悬浮段。
背景技术
高压大功率加热器是飞行器防热结构考核地面模拟试验设备，用于模拟飞行器在飞行时遭遇的热环境，悬浮段是高压大功率加热器的重要组成部分，其作用体现在约束电弧和稳定电弧，同时承受高温高压气流的冲刷。
在新型飞行器研制过程中，对1：1全尺寸真实模型的气动热地面模拟试验的需求越来越突出。我国之前具有的小功率、低气流总压的电弧加热试验平台，由于功率的限制只能承担一些防热材料以及局部部件的地面试验研究工作，无法开展部件级的热结构性能的地面考核研究，满足大尺度1：1全尺寸真实模型的大功率电弧自由射流试验设备尚属空白。采用大功率、高气流总压的高压大功率加热器，可以满足试验需求。
随着电弧功率和气流总压的提高，对加热器悬浮段的承压和耐热性能要求大幅度提高。之前的悬浮段内壳厚度6mm、两端外壁没有导流筋、内壳与导流套没有固定连接，造成在大功率、高气流总压的工况下内壳变形和烧损严重。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种加热器悬浮段，用于满足1：1全尺寸真实模型的气动热地面模拟试验的需求。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种加热器悬浮段由若干悬浮单元组成，每个悬浮单元包括一个压缩段，进气环和绝缘片，相邻两个悬浮单元之间密封连接；
进气环位于压缩段下游的外端面上，进气环的入口与外壳上的进气通道相连，出口与相邻两悬浮单元的上下游之间形成一个气腔，利用该气腔将旁路击穿的电弧吹散；
利用绝缘片实现相邻的压缩段之间的电气绝缘。
优选的是，所述的高压大功率加热器悬浮段，所述压缩段包括内壳、外壳、哈夫件；内壳的内型面为圆柱面，内壳的外壁面周向均布加强筋，加强筋的长度与内壳外壁面长度相等；哈夫件固定在上述加强筋的外壁面上，外壳固定在哈夫件的外壁面，内壳与外壳之间密封连接。
优选的是，所述的高压大功率加热器悬浮段，所述气腔的气流方向朝向压缩段的下游，且气腔的轴线与压缩段的轴线之间夹角80-85度。
优选的是，所述的高压大功率加热器悬浮段，所述每个压缩段上的加强筋数量40-60；加强筋的高度4-8mm，宽度2-4mm。
优选的是，所述的高压大功率加热器悬浮段，所述绝缘片的工频击穿强度≥15kV/mm，最高使用温度为1200℃。
优选的是，所述的高压大功率加热器悬浮段，所述进气环上设置与内表面相切的进气孔，进气孔数量4-12个且均布。
优选的是，所述的高压大功率加热器悬浮段，所述进气孔的直径0.5～5mm。
优选的是，所述的高压大功率加热器悬浮段，所述内壳与哈夫件之间的腔体作为冷却水通道。
优选的是，所述的高压大功率加热器悬浮段，所述加强筋与内壳为一体化结构，内壳、哈夫件、外壳之间通过焊接固定。
优选的是，所述的高压大功率加热器悬浮段，所述压缩段1内壳左端突出一个台阶，用来保护绝缘片2，台阶高度H大于绝缘片厚度h。
本实用新型至少包括以下有益效果：由于若干个压缩段、绝缘片、进气环和密封圈交替排列，互相密封固定连接，形成电弧和热气流通道，防止电弧沿压缩段传输，避免相邻的压缩段之间起弧，实现电弧稳定运行。由于压缩段采用焊接结构，增强了悬浮段的散热性能和强度。由于压缩段内壳外壁均匀分布贯通的导流筋，增加了内壳冷却面积，使冷却水能够均匀流动，增强了内壳抗热气流冲刷的性能；由于压缩段内壳外壁均匀分布贯通的导流筋，增加了内壳的强度，增强了内壳抗高压气流冲刷的性能。由于压缩段导流套内壁与内壳导流筋外壁固定连接，导流套外壁与外壳内壁固定连接，增强内壳的散热性能和强度。由于压缩段外壳与内壳和导流套固定连接，进一步增强内壳的散热性能和强度。综上所述，本实用新型能够满足大功率、高气流总压的运行需求，满足1：1全尺寸真实模型对气动热地面模拟试验的需求。
附图说明
图1为本实用新型所述的一种加热器悬浮段结构图；
图2为本实用新型所述的压缩段的结构图；
图3为本实用新型所述的进气环的剖视图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为使本实用新型技术方案的优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型做详细说明。
如图1所示，本实用新型实施例提供的一种加热器悬浮段，由若干悬浮单元组成，每个悬浮单元包括一个压缩段1，进气环2和绝缘片3，相邻两个悬浮单元之间密封连接；进气环2位于压缩段1下游的外端面上，进气环2的入口与外壳8上的进气通道4相连，出口与相邻两悬浮单元的上下游之间形成一个气腔5，利用该气腔5将旁路击穿的电弧吹散；利用绝缘片3实现相邻的压缩段1之间的电气绝缘。
需要说明的是，气腔5的气流方向朝向压缩段1的下游，且气腔5的轴线与压缩段1的轴线之间夹角80-85度。
需要进一步说明的是，绝缘片3的工频击穿强度≥15kV/mm，最高使用温度为1200℃。
需要进一步说明的是，内壳6左端突出一个台阶，用来保护绝缘片3，台阶高度H大于绝缘片3厚度h。
具体的，相邻两个悬浮单元之间采用螺栓连接，采用密封圈保证密封。
具体的，相邻两个悬浮单元之间采用的螺栓应进行绝缘处理，绝缘强度根据两个压缩段之间的电位差确定。
具体的，绝缘片3可以采用玻璃钢或陶瓷材料。
具体的，气腔5的轴线与压缩段1的轴线之间夹角取82度。
具体的，台阶高度H为8mm，绝缘片3厚度h为5mm。
如图2所示，本实用新型的一种实施方式中，本实用新型实施例提供的压缩段1，包括：
内壳6、哈夫件7、外壳8；内壳6的内型面为圆柱面，内壳6的外壁面周向均布加强筋，加强筋的长度与内壳6外壁面长度相等；哈夫件7固定在上述加强筋的外壁面上，外壳8固定在哈夫件7的外壁面，内壳6与外壳8之间密封连接。
需要说明的是，内壳6上的加强筋数量40-60；加强筋的高度4-8mm，宽度2-4mm。
需要进一步说明的是，内壳6与哈夫件7之间的腔体9和外壳8上的进水孔10、出水孔11形成冷却水通道。
需要进一步说明的是，加强筋与内壳6为一体化结构，内壳6、哈夫件7、外壳8之间通过焊接固定。
具体的，内壳采用纯铜或铜合金材料，选用原则为熔点不低于900℃，热导率不低于300W·m-1·K-1，抗拉强度不低于280MPa。
具体的，导流套7和外壳8采用不锈钢材料。
具体的，内壳6上的加强筋数量50；加强筋的高度6mm，宽度3mm。
具体的，冷却水通道在10MPa水压下不产生变形和渗漏。
具体的，腔体9的截面积与进水孔10、出水孔11截面积相等。
具体的，内壳6、导流套7和外壳8可以采用真空钎焊工艺焊接，用来保证焊缝的密封性和强度。
具体的，为了进一步避免相邻两段压缩段之间起弧，可以在内壳6左右两端面喷涂耐高温绝缘材料。
如图3所示，本实用新型的一种实施方式中，进气环2为环形结构，其壁面设置若干个均布的贯通的切向孔12。
需要说明的是，进气环2内径应大于内壳6的内径。
需要进一步说明的是，进气环2上设置与内表面相切的进气孔，进气孔数量4-12个且均布。
需要进一步说明的是，进气孔12的直径0.5～5mm。
具体的，所述进气环2内径应比内壳6的内径大30mm。
具体的，进气环2上的进气孔12数量8个且均布。
具体的，进气孔12的直径2mm。
本实用新型提供的加热器悬浮段通过若干个压缩段、绝缘片、进气环和密封圈交替排列，并且采取了绝缘、冷却、增加强度等措施，可以使高压大功率加热器在最大电弧电流5000A的工况下安全稳定运行。压缩段内壳能够承受10MPa的内部气流压力和10MPa的外部冷却水压力，内壳在冷却水的作用下能够承受10000℃气流冲刷。外壳能够承受10MPa的内部冷却水压力和10MPa轴向拉力；满足高压大功率加热器对悬浮段的要求。
本实用新型可以应用于飞行器防热结构考核地面模拟技术领域。
尽管本实用新型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，它完全可以适用于各种适合本实用新型的领域中，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，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出和描述的图例。
Claims (10)
1.一种加热器悬浮段，其特征在于：由若干悬浮单元组成，每个悬浮单元包括一个压缩段，进气环和绝缘片，相邻两个悬浮单元之间密封连接；进气环位于压缩段下游的外端面上，进气环的入口与外壳上的进气通道相连，出口与相邻两悬浮单元的上下游之间形成一个气腔，利用该气腔将旁路击穿的电弧吹散；用于实现电气绝缘的绝缘片安装在相邻两个压缩段之间。
2.根据权利要求1所述的悬浮段，其特征在于：所述的压缩段包括内壳、外壳、哈夫件；内壳的内型面为圆柱面，内壳的外壁面周向均布加强筋，加强筋的长度与内壳外壁面长度相等；哈夫件固定在上述加强筋的外壁面上，外壳固定在哈夫件的外壁面，内壳与外壳之间密封连接。
3.根据权利要求1所述的悬浮段，其特征在于：气腔的气流方向朝向压缩段的下游，且气腔的轴线与压缩段的轴线之间夹角80-85度。
4.根据权利要求1所述的悬浮段，其特征在于：每个压缩段内壳上的加强筋数量40-60；加强筋的高度4-8mm，宽度2-4mm。
5.根据权利要求1所述的悬浮段，其特征在于：绝缘片的工频击穿强度≥15kV/mm，最高使用温度为1200℃。
6.根据权利要求1所述的悬浮段，其特征在于：所述进气环上设置与内表面相切的进气孔，进气孔数量4-12个且均布。
7.根据权利要求1所述的悬浮段，其特征在于：进气孔的直径0.5～5mm。
8.根据权利要求2所述的悬浮段，其特征在于：内壳与哈夫件之间的腔体作为冷却水通道。
9.根据权利要求1所述的悬浮段，其特征在于：加强筋与内壳为一体化结构，内壳、哈夫件、外壳之间通过焊接固定。
10.根据权利要求2所述的悬浮段，其特征在于：压缩段内壳左端突出一个台阶，用来保护绝缘片，台阶高度H大于绝缘片厚度h。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107985639A (zh) * | 2017-12-22 | 2018-05-04 | 中国航天空气动力技术研究院 | 一种加热器悬浮段 |
| CN110248459A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-09-17 | 启源新能源科技（张家口）有限公司 | 一种电弧通道尺寸可调节的等离子体发生器 |
| CN111372332A (zh) * | 2020-03-05 | 2020-07-03 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种气冷陶瓷隔热电弧加热器 |
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