CN207703750U - 辐射加热-发汗冷却试验装置 - Google Patents
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Abstract
辐射加热‑发汗冷却试验装置，包括石英灯辐射加热设备(1)、水冷反射板(2)、发汗冷却试验装置(4)、温度测量设备(5)、压力测量设备(6)、电磁流量计(7)、柱塞泵(8)；石英灯辐射加热设备(1)向外辐射发光，用于反射辐射发光的水冷反射板(2)布置在石英灯辐射加热设备(1)的正上方，多孔介质防热材料(3)布置在石英灯辐射加热设备(1)的正下方，待试验多孔介质防热材料(3)和发汗冷却试验装置(4)一体化安装，形成积液腔，柱塞泵(8)为积液腔提供试验冷却介质，温度测量设备(5)、压力测量设备(6)分别测量积液腔内介质和多孔介质防热材料内外表面的温度、压力，电磁流量计(7)测量积液腔通入的流量，通过改变流量大小确定辐射加热‑发汗冷却试验装置对多孔介质防热材料的冷却效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及飞行器热防护材料地面考核的新型主动冷却试验技术，用于多孔介质防热材料主动发汗冷却特性的地面试验，获得防热材料的发汗冷却特性。属于飞行器地面气动热试验研究领域。
背景技术
在航空航天领域，随着各类飞行器的发展，对于高温防热材料的要求越来越高，比如飞行器以马赫数10飞行时，总温高达3800K，远高于现有金属、非金属材料的熔点，需要进行防热材料的主动冷却。发汗冷却技术是目前新型的主动冷却试验技术之一，国际上在这方面进行了大量的基础研究工作，其通过将液体冷却介质通入多孔介质材料的毛细孔，通过热交换冷却介质发生蒸发相变带走热流，从而实现材料本身温度的降低。发汗冷却具有非常高的冷却效率，目前采用水作为冷却介质的发汗冷却方式具有很好的冷却效果，其只需通入流量非常小的液体水即可以达到非常明显的冷却效果，德国DLR国防研究中心的研究结果表明，在高热流密度条件下，采用0.2g/s水流量的发汗冷却即可将材料表面温度从2000K降至500K以下。国际上公开文献采用石英灯加热器模拟高辐射热环境，最高实现了0.3MW/m2的辐射热流密度模拟条件。综合国内外的发现，德国DLR中心的研究着眼于高超声速再入条件下发汗冷却的研究，而关于石英灯高辐射加热器目前未见用于发汗冷却的研究中，将辐射加热和发汗冷却进行结合，研究高辐射热环境下发汗冷却的研究尚未见相关成果报道，这两种方式的研究可以对目前发汗冷却的基础机理进行深入的探讨，提升对于这种新型防热技术的研究。
实用新型内容
本实用新型的技术解决问题：提供了一种新型主动防热技术-发汗冷却的地面试验装置，利用大功率石英灯加热器实现了最高0.4MW/m2高辐射热流密度条件，可进行低至0.3g/s水流量的发汗冷却地面试验，满足了新型主动热防护试验技术对于气动热防护地面试验设备的要求。
本实用新型的技术方案：一种辐射加热-发汗冷却试验装置，包括石英灯辐射加热设备、水冷反射板、发汗冷却试验装置、温度测量设备、压力测量设备、电磁流量计、柱塞泵；
石英灯辐射加热设备向外辐射发光，用于反射辐射发光的水冷反射板布置在石英灯辐射加热设备的正上方，多孔介质防热材料布置在石英灯辐射加热设备的正下方，待试验多孔介质防热材料和发汗冷却试验装置一体化安装，形成积液腔，柱塞泵为积液腔提供试验冷却介质，温度测量设备、压力测量设备分别测量积液腔内介质和多孔介质防热材料内外表面的温度、压力，电磁流量计测量积液腔通入的流量，通过改变流量大小确定辐射加热-发汗冷却试验装置对多孔介质防热材料的冷却效果。
进一步的，辐射加热-发汗冷却试验装置整体安装于一个封闭的真空舱内，通过真空舱内的不同真空度模拟不同飞行高度的飞行器再入压力条件。
进一步的，所述辐射加热设备为石英灯管组成的大功率石英灯加热器，石英灯管采用双层结构平行交错排列，灯管支撑结构采用水冷设计，最高实现0.4MW/m2的辐射热流密度。
进一步的，所述水冷反射板为两层不锈钢板焊接成型，内腔成封闭腔体，通循环水冷却。
进一步的，水冷反射板覆盖于石英灯辐射加热设备，其整体面积为石英灯辐射加热设备水平方向面积的1.2-1.5倍。
进一步的，所述多孔介质材料为飞行器热防护材料，通过烧结加工成型，多孔介质材料表面覆盖微米量级的毛细空隙，保证发汗冷却装置内冷却介质通过。
进一步的，所述发汗冷却试验装置与多孔介质材料采用双层密封、螺钉加压成一体，形成积液腔。
进一步的，所述电磁流量计精确测量试验冷却介质的质量流量，有效量程在0.2-16g/s。
进一步的，所述柱塞泵采用脉冲压缩式的加压方式来精确调节供给水流量。
进一步的，所述温度测量设备为K型铠装热电偶，测量范围：0-1300℃；所述压力测量设备为高频响应的压力传感器，有效量程：0.1-2Mpa，频率响应最高达20kHz。
本实用新型与现有技术相比的优点如下：
(1)本实用新型提供了一种用于新型主动冷却-发汗冷却技术的地面试验装置，该装置可进行不同辐射热流条件下、不同冷却流量下的地面试验，不同试验参数连续可调。
(2)本实用新型提供了长时间稳定的高辐射热流环境，通过特质大功率石英灯加热器可模拟最高0.4MW/m2的辐射热流密度条件，提高了现有设备在该领域的试验能力。
(3)本实用新型提供了长时间稳定、连续可调的发汗冷却介质流量的调节装置，其有效量程在0.2-16g/s，传统流量供给装置受上下游压力变化引起供给流量的波动，本试验装置可通过上下游压力变化自动修正流量变化，实现供给流量长时间稳定不变。
(4)本实用新型可提供不同低真空压力条件，且连续可调，可模拟不同飞行高度下飞行器再入条件。
附图说明
图1为本实用新型的试验装置布局示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
图1为本实用新型实施例中的一种辐射加热-发汗冷却试验装置的结构图，包括：石英灯辐射加热器1、水冷反射板2、多孔介质防热材料3、发汗冷却试验装置4、温度测量设备5、压力测量设备6、电磁流量计7和柱塞泵8。
辐射加热-发汗冷却试验装置整体安装于一个封闭的真空舱内，舱体尺寸3m×3m×3m,通过真空系统抽吸获得真空环境，改变抽吸速率可以获得不同压力条件的低真空条件，模拟不同飞行高度的飞行器再入压力条件。
石英灯辐射加热设备1通过改变电参数输出功率，向外辐射发光，水冷反射板2布置在石英灯辐射加热设备1的正上方，将石英灯辐射加热设备1传输过来的高温辐射反射，可以保证多孔介质防热材料3单一方向获得更高的辐射热流密度，多孔介质防热材料3布置在石英灯辐射加热设备1的正下方，多孔介质防热材料3和发汗冷却试验装置4一体化安装，形成积液腔，腔内存有经柱塞泵8供给的试验冷却介质，对多孔介质防热材料3进行主动冷却，试验过程中通过温度测量设备5和压力测量设备6，可实时测量积液腔内介质和多孔介质防热材料内外表面的温度、压力，确定多孔介质防热材料3在石英灯辐射加热设备1高辐射热流密度长时间考核下发汗冷却介质的热物性变化。
辐射加热设备1为大功率石英灯加热器，由数百根石英灯管组成，石英灯管采用双层结构交错排列，可提供均匀、高辐射热流环境，灯管支撑结构采用水冷设计，保证高热环境下正常使用。该石英灯加热器可实现输出功率连续可调，最高可实现0.4MW/m2的辐射热流密度。
水冷反射板2为两层不锈钢板焊接成型，内腔成封闭腔体，通循环水冷却，水冷反射板2覆盖于石英灯辐射加热设备1，其整体面积为石英灯辐射加热设备1水平方向面积的1.2-1.5倍，保证石英灯辐射加热设备1产生高温辐射尽可能向多孔介质防热材料3单一方向传输，以获得更高的辐射热流密度。水冷反射板2水冷设计保证高热环境下长时间稳定工作。
所述多孔介质材料3为飞行器热防护中常用的金属、陶瓷材料，通过烧结加工成型，多孔介质材料3表面覆盖微米量级的毛细空隙，可保证发汗冷却装置4内冷却介质通过，液体冷却介质通过蒸发相变带走热量，降低材料本身温度来达到防热目的。
所述发汗冷却试验装置4整体为不锈钢，与多孔介质材料3采用双层密封+螺钉加压成一体，形成积液腔。
所述温度测量设备5为K型铠装热电偶，测量范围：0-1300℃，通过螺纹连接发汗冷却装置4，可在线实时测量试验过程中积液腔内冷却介质和多孔介质材料上下表面的温度变化。
所述压力测量设备6为高频响应的压力传感器，有效量程：0.1-2Mpa，通过通过螺纹连接发汗冷却装置4，可测量积液腔内冷却介质和多孔介质材料上下表面的压力变化。
所述电磁流量计7可精确测量试验冷却介质的质量流量，有效量程在0.2-16g/s。
所述柱塞泵8采用脉冲压缩式的加压方式，可以依据上下游的压力变化的反馈，自动修正加压来精确调节供给流量，可保证供给流量大小长时间稳定。
具体试验实施过程中，多孔介质材料在石英灯加热器辐射加热下，表面温度和背温温度会出现急剧上升，表面温度，此时利用发汗冷却试验装置通入冷却介质，冷却介质通过蒸发相变会带走多孔介质材料上大量的热，降低多孔介质表面温度，从而达到冷却防热的效果。试验在不同辐射热流密度下，通过精确调整冷却介质的流量大小，确定发汗冷却试验装置对多孔介质良好防热冷却效果的一个最小流量值，从而既考虑了多孔介质材料的防热性能，又能最小化通入的冷却介质质量大小，已达到减重效果。目前，该试验装置最高可实现辐射热流密度0.4MW/m2，冷却介质流量低至0.3g/s下的长时间地面考核，提供了新型主动发汗冷却技术的地面试验能力。
本实用新型未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
Claims (10)
1.一种辐射加热-发汗冷却试验装置，其特征在于：包括石英灯辐射加热设备(1)、水冷反射板(2)、发汗冷却试验装置(4)、温度测量设备(5)、压力测量设备(6)、电磁流量计(7)、柱塞泵(8)；
石英灯辐射加热设备(1)向外辐射发光，用于反射辐射发光的水冷反射板(2)布置在石英灯辐射加热设备(1)的正上方，多孔介质防热材料(3)布置在石英灯辐射加热设备(1)的正下方，待试验多孔介质防热材料(3)和发汗冷却试验装置(4)一体化安装，形成积液腔，柱塞泵(8)为积液腔提供试验冷却介质，温度测量设备(5)、压力测量设备(6)分别测量积液腔内介质和多孔介质防热材料内外表面的温度、压力，电磁流量计(7)测量积液腔通入的流量，通过改变流量大小确定辐射加热-发汗冷却试验装置对多孔介质防热材料的冷却效果。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：辐射加热-发汗冷却试验装置整体安装于一个封闭的真空舱内，通过真空舱内的不同真空度模拟不同飞行高度的飞行器再入压力条件。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述石英灯辐射加热设备(1)为石英灯管组成的大功率石英灯加热器，石英灯管采用双层结构平行交错排列，灯管支撑结构采用水冷设计，最高实现0.4MW/m2的辐射热流密度。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述水冷反射板(2)为两层不锈钢板焊接成型，内腔成封闭腔体，通循环水冷却。
5.根据权利要求1或4所述的装置，其特征在于：水冷反射板(2)覆盖于石英灯辐射加热设备(1)，其整体面积为石英灯辐射加热设备(1)水平方向面积的1.2-1.5倍。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述多孔介质防热材料(3)为飞行器热防护材料，通过烧结加工成型，多孔介质防热材料(3)表面覆盖微米量级的毛细空隙，保证发汗冷却试验装置(4)内冷却介质通过。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述发汗冷却试验装置(4)与多孔介质防热材料(3)采用双层密封、螺钉加压成一体，形成积液腔。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电磁流量计(7)精确测量试验冷却介质的质量流量，有效量程在0.2-16g/s。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述柱塞泵(8)采用脉冲压缩式的加压方式来精确调节供给水流量。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述温度测量设备(5)为K型铠装热电偶，测量范围：0-1300℃；所述压力测量设备(6)为高频响应的压力传感器，有效量程：0.1-2Mpa，频率响应最高达20kHz。
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Cited By (5)
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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