CN217844731U - 一种头锥热考核试验夹具 - Google Patents
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Abstract
本申请属于飞机试验技术领域，具体涉及一种头锥热考核试验夹具。该夹具包括左右两个支板，两个支板中间形成容纳试验件(1)的加热腔体，靠近试验件(1)尾端的支板包括隔热层(2)及承载层(3)，具有管路的接头(4)穿过隔热层(2)及承载层(3)之后与所述试验件(1)的冷却通道连接，多根高温石英灯管(6)架设在两个支板之间，并包围所述试验件(1)，多个高温石英灯管(6)在靠近试验件(1)尾端处稀疏布置，在靠近试验件(1)尖端处密集布置，试验件(1)尖端前布置有激光器(7)。本申请能精准控制热流梯度的分布，提供了一种极大热流密度和均匀梯度分布的热流密度相结合的加热环境。
Description
技术领域
本申请属于飞机试验技术领域，具体涉及一种头锥热考核试验夹具。
背景技术
高超声速飞行器头锥驻点处因气体摩擦，产生强烈的气动加热，在Ma6状态下，温度能达到1800K左右，驻点区域平均热流密度可达1Mw/m2以上，常采用主动热防护结构(即头锥内设管道通冷却工质进行主动冷却)以满足热防护需求，但针对该类结构的试验考核尚无成熟试验方法，通常是采用阵列石英灯对零件进行加热，但其所模拟的加热环境多为均匀加热，难以模拟头锥这类热梯度极大的加热环境。
实用新型内容
为了解决上述问题，本申请提供一种头锥热考核试验夹具，合理布置热源实现极大的热梯度加热环境。
本申请的头锥热考核试验夹具，包括左右两个支板，两个支板中间形成容纳试验件的加热腔体，靠近试验件尾端的支板包括隔热层及承载层，具有管路的接头穿过隔热层及承载层之后与所述试验件的冷却通道连接，多根高温石英灯管架设在两个支板之间，并包围所述试验件，多个高温石英灯管在靠近试验件尾端处稀疏布置，在靠近试验件尖端处密集布置，试验件尖端前布置有激光器，通过激光器对试验件尖端加热，通过高温石英灯管对试验件外表面加热。
优选的是，所述隔热层为L型板，通过L型板的横短板支撑在试验夹具的底板上，并与试验夹具的底板螺栓连接。
优选的是，所述接头包括一个入水管接头及两个出水管接头，所述入水管接头与试验件的进水通道连通，两个出水管接头分别与试验件上下两端的出水通道连通。
优选的是，所述接头包括直式接头与弯式接头。
优选的是，所述接头具有外螺纹，承载层的内外两侧设置有适配连接所述接头的螺母，通过螺母调节所述接头的位置，并锁紧所述接头。
优选的是，单根所述高温石英灯管的功率为1～2kw。
优选的是，所述激光器提供的加热光斑直径为1～3mm，功率为10～30w。
优选的是，所述试验件外表面还布置有高温热电偶。
本申请对于外部系统的总功率要求降低，能精准控制热流梯度的分布，实现对试验件的极端加热。
附图说明
图1为本申请头锥热考核试验夹具的一优选实施例的夹具结构立体图。
图2为本申请图1所示实施例的主视图。
图3为本申请试验件主视图。
图4为本申请试验件内部冷却通道示意图。
图5为高温石英灯管布置示意图。
其中，1-试验件，11-进水通道，12-出水通道，2-隔热层，21-横短板，3-承载层，4-接头，5-衔铁，6-高温石英灯管，7-激光器，8-底板。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请提供了一种头锥热考核试验夹具，如图1及图2所示，包括左右两个支板，两个支板中间形成容纳试验件1的加热腔体，靠近试验件1尾端的支板包括隔热层2及承载层3，具有管路的接头4穿过隔热层2及承载层3之后与所述试验件1的冷却通道连接，多根高温石英灯管6架设在两个支板之间，并包围所述试验件1，多个高温石英灯管6在靠近试验件1尾端处稀疏布置，在靠近试验件1尖端处密集布置，试验件1尖端前布置有激光器7，通过激光器7对试验件1尖端加热，通过高温石英灯管6对试验件1外表面加热。
针对头锥的服役环境，其在尖端驻点处热流密度最高，达到1Mw/m2以上，远高于其他位置；其他位置在顺航向方向上，热流密度渐次降低，呈现均匀梯度分布。为此，本申请设计的针对头锥构型的热考核试验夹具，通过锥形分布的高温石英灯管6对头锥试验件的外表面加热，通过激光器7对头锥试验件的尖端加热，实现了极端热流密度梯度的考核环境，是一种极大热流密度和均匀梯度分布的热流密度相结合的加热环境。
在一些可选实施方式中，如图1所示，所述隔热层2为L型板，通过L型板的横短板21支撑在试验夹具的底板8上，并与试验夹具的底板螺栓连接。本申请的隔热层2为内层，承载层3为外层，内外是相对于容纳试验件1的加热腔体而言，如图2所示，承载层3通过呈L型的角板进行固定，角板的一个直角板固定在底板8上，另一个直角板将承载层3压接在隔热层2上。
本申请的隔热层为石棉瓦等传统隔热材料，起到隔热保温作用，保护外部零件，同时壁面有孔，同承载层3相结合起到固定/支撑灯管作用，厚度为10mm-20mm。本申请的承载层为高温合金，壁面有孔，分别通过不同的孔承载接头4，与接头4共同对试验件起到固定/支撑作用，厚度为8mm-10mm。接头4为冷却/固定一体接头，为高温合金零件，内部形成通道。在一些可选实施方式中，所述接头4具有外螺纹，承载层3的内外两侧设置有适配连接所述接头4的螺母，通过螺母调节所述接头4的位置，并锁紧所述接头4。因此，接头4能够起到引入冷却工质和和固定/调节试验件的作用。
在一些可选实施方式中，所述接头4包括一个入水管接头及两个出水管接头，所述入水管接头与试验件1的进水通道11连通，两个出水管接头分别与试验件上下两端的出水通道12连通。进水通道11与出水通道12结构参考图3及图4。
在一些可选实施方式中，所述接头4包括直式接头与弯式接头。直式接头为直线棒状，弯式接头则为了避免相近管道干涉等问题，设计为弯管形式。
在一些可选实施方式中，单根所述高温石英灯管6的功率为1～2kw。
本申请的高温石英灯管6拟型布置，多个高温石英灯管6排布成与头锥试验件外形相似的锥形结构，起到加热作用，提供大面积梯度热流，直径8-10mm，长320mm，加热段长230mm，单根功率1-2kw，布置方式如图5，在头锥靠近尖端处较密集，靠近尾端渐为稀疏，实现大范围的梯度热流密度场分布。
在一些可选实施方式中，所述激光器7提供的加热光斑直径为1～3mm，功率为10～30w。参考图1及图2，本申请的激光器在加热腔体以外，起到加热作用，提供驻点处极高热流密度，同石英灯管共同起到构建热流场作用，光斑直径为1-3mm可调，功率为10-30w可调。
在一些可选实施方式中，所述试验件1外表面还布置有高温热电偶5。高温热电偶5连接于零件表面所需测量位置。
与现有技术相比，本申请采用了冷却固定一体接头，实现结构功能一体化设计，同时起到输送冷却工质及固定的作用，通过放射状分布的石英灯，可实现热流梯度分布，同时，采用石英加热同小功率激光加热相结合的方式，在组建考核环境的方式上，对于外部系统的总功率要求降低，且能精准控制热流梯度的分布，实现极端的热流状态模拟。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述，但在本申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本申请要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种头锥热考核试验夹具，其特征在于，包括左右两个支板，两个支板中间形成容纳试验件(1)的加热腔体，靠近试验件(1)尾端的支板包括隔热层(2)及承载层(3)，具有管路的接头(4)穿过隔热层(2)及承载层(3)之后与所述试验件(1)的冷却通道连接，多根高温石英灯管(6)架设在两个支板之间，并包围所述试验件(1)，多个高温石英灯管(6)在靠近试验件(1)尾端处稀疏布置，在靠近试验件(1)尖端处密集布置，试验件(1)尖端前布置有激光器(7)，通过激光器(7)对试验件(1)尖端加热，通过高温石英灯管(6)对试验件(1)外表面加热。
2.如权利要求1所述的头锥热考核试验夹具，其特征在于，所述隔热层(2)为L型板，通过L型板的横短板(21)支撑在试验夹具的底板(8)上，并与试验夹具的底板螺栓连接。
3.如权利要求1所述的头锥热考核试验夹具，其特征在于，所述接头(4)包括一个入水管接头及两个出水管接头，所述入水管接头与试验件(1)的进水通道(11)连通，两个出水管接头分别与试验件上下两端的出水通道(12)连通。
4.如权利要求1所述的头锥热考核试验夹具，其特征在于，所述接头(4)包括直式接头与弯式接头。
5.如权利要求1所述的头锥热考核试验夹具，其特征在于，所述接头(4)具有外螺纹，承载层(3)的内外两侧设置有适配连接所述接头(4)的螺母，通过螺母调节所述接头(4)的位置，并锁紧所述接头(4)。
6.如权利要求1所述的头锥热考核试验夹具，其特征在于，单根所述高温石英灯管(6)的功率为1～2kw。
7.如权利要求1所述的头锥热考核试验夹具，其特征在于，所述激光器(7)提供的加热光斑直径为1～3mm，功率为10～30w。
8.如权利要求1所述的头锥热考核试验夹具，其特征在于，所述试验件(1)外表面还布置有高温热电偶(5)。
Priority Applications (1)
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| CN202222045073.5U CN217844731U (zh) | 2022-08-04 | 2022-08-04 | 一种头锥热考核试验夹具 |
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Publications (1)
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| CN (1) | CN217844731U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112501393A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-03-16 | 西安交通大学 | 一种石英灯与激光复合式复杂曲面加热装置与方法 |
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2022
- 2022-08-04 CN CN202222045073.5U patent/CN217844731U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN112501393A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-03-16 | 西安交通大学 | 一种石英灯与激光复合式复杂曲面加热装置与方法 |
| CN112501393B (zh) * | 2020-12-17 | 2024-03-29 | 西安交通大学 | 一种石英灯与激光复合式复杂曲面加热装置与方法 |
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