发动机热环境试验大面积平板式高热流辐射环境装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及发动机热环境试验大面积平板式高热流辐射环境装置，包括试验台、加热组件、支撑架、冷却组件以及导流组件；加热组件包括加热单元以及加热支撑架；导流组件包括多个导流筒和导流筒固定架，导流筒设置在导流筒固定架上；冷却组件包括冷却支架以及固定在冷却支架上的冷却器；支撑架上放置有姿控动力系统；导流筒固定架位于支撑架的外侧；加热支撑架位于导流筒固定架的外侧，冷却支架固定在加热支撑架；加热单元包括石英灯阵、可控硅电压调整单元以及高压电源，石英灯阵位于加热支撑架上。本实用新型专利技术解决了现有的存在加热元件容易软化，无法实现大面积加热的技术问题，可实现姿控动力系统多个发动机点火工作过程中200kW/m2以下热流密度加载。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及发动机热环境试验大面积平板式高热流辐射环境装置，包括试验台、加热组件、支撑架、冷却组件以及导流组件；加热组件包括加热单元以及加热支撑架；导流组件包括多个导流筒和导流筒固定架，导流筒设置在导流筒固定架上；冷却组件包括冷却支架以及固定在冷却支架上的冷却器；支撑架上放置有姿控动力系统；导流筒固定架位于支撑架的外侧；加热支撑架位于导流筒固定架的外侧，冷却支架固定在加热支撑架；加热单元包括石英灯阵、可控硅电压调整单元以及高压电源，石英灯阵位于加热支撑架上。本技术解决了现有的存在加热元件容易软化，无法实现大面积加热的技术问题，可实现姿控动力系统多个发动机点火工作过程中200kW/m2以下热流密度加载。【专利说明】发动机热环境试验大面积平板式高热流辐射环境装置
本技术涉及航天发动机试验，具体地说涉及液体火箭姿控动力系统工作过程的热环境模拟试验方法。
技术介绍
随着姿控动力系统研制工作的深入开展，为研究其在高热流作用下的工作特性，需要在姿控动力系统多个发动机点火工作过程中，进行高热流环境的模拟试验。近些年，热环境模拟试验发展较为迅速，但多为在单个发动机或姿控动力系统不工作状态下进行的热环境试验，并且热流密度低、加载面积小。现有技术应用于平板式热环境装置设计存在以下难题:(I)目前普遍采用的加热元件如镍铬丝、硅碳棒等正常工作温度下无法达到如此高的热流密度。故热环境模拟试验较多采用石英灯阵辐射加热模式，但加热面积较大时，大尺寸石英灯易软化，弯曲损坏。(2)在加热控制设计中目前通常采用定功率加热，通过温度进行调节，这种方式调节时间长、变化慢，容易产生过加热或欠加热状态，不能保证发动机所需的稳定热流密度场。(3)姿控动力系统的多个发动机工作过程中，产生的燃气冲刷热环境装置，会导致热环境装置损坏，现阶段采用水冷式结构设计的燃气导流装置体积较大，不利于热流密度均匀加载。(4)使用加热装置时一定要严格限制石英灯外壁温度，若温度高出800°C，在几分钟之内会导致石英玻璃软化，造成石英灯端头软化漏气，使石英灯发生故障。为了避免试验过程中，辐射元件出现故障，一般采取温度过热保护技术，因此热流密度会出现断续加载，这不满足试验任务要求，故一般热环境装置设计时，均采用冷却措施，延长石英灯管的温升时间，但本次试验用的辐射元件尺寸较大，传统的水冷方式存在诸多风险，而设计中常用的风冷方式却会造成热流密度场不均匀。
技术实现思路
为了解决现有的高热流辐射环境装置存在加热元件容易软化、弯曲，无法实现大面积加热，温度调节平衡时间太长等的技术问题，本技术提供一种发动机热环境试验大面积平板式高热流辐射环境装置。本技术的技术解决方案为:发动机大面积平板式高热流辐射环境装置，其特殊之处在于:包括试验台、加热组件、支撑架、冷却组件以及导流组件；所述加热组件包括加热单元以及加热支撑架；所述导流组件包括多个导流筒和导流筒固定架，所述导流筒设置在导流筒固定架上；所述冷却组件包括冷却支架以及固定在冷却支架上的冷却器；所述支撑架上放置有姿控动力系统；所述导流筒固定架位于支撑架的外侧，多个导流筒与姿控动力系统中的发动机--对应;所述加热支撑架位于导流筒固定架的外侧，所述冷却支架固定在加热支撑架上方，所述加热支撑架、导流筒固定架、冷却支架的底部均固定在试验台上；所述加热单元包括石英灯阵、可控硅电压调整单元以及高压电源，所述石英灯阵包括多个石英灯管、A相供电集线排、B相供电集线排以及C相供电集线排，所述多个石英灯管分成第一灯管组、第二灯管组以及第三灯管组，所述第一灯管组、第二灯管组以及第三灯管组通过供电线缆首尾相连形成三个节点，三个节点分别与A相供电集线排、B相供电集线排以及C相供电集线排连接，所述A相供电集线排、B相供电集线排、C相供电集线排均与可控硅调整单元连接，所述可控硅调整单元与高压电源连接，所述石英灯阵位于加热支撑架上。上述石英灯管包括钨丝、石英玻璃管以及镀在石英玻璃管外侧的包反射层，所述钨丝位于石英玻璃管内，所述石英玻璃管充填有惰性气体。上述冷却器包括集气板和设置在集气板下表面上的冷却孔，所述集气板上设置有冷却气体入口接头。上述可控硅电压调整单元包括PLC、可编程逻辑控制器、控制逻辑电路、三个脉冲触发电路、A相可控硅控制电路、B相可控硅控制电路、C相可控硅控制电路以及A相断路器、B相断路器、C相断路器、电压电流检测电路以及模拟量采集电路，所述PLC与可编程逻辑控制器相互通信，所述可编程逻辑控制器的输出端与控制逻辑电路的输入端连接，所述控制逻辑电路的输出端分为三路，其中一路为依次连接的脉冲触发电路、A相可控硅控制电路和A相断路器，第二路为依次连接的脉冲触发电路、B相可控硅控制电路和B相断路器，第三路为依次连接的脉冲触发电路、C相可控硅控制电路和C相断路器；所述A相断路器的输出端与A相供电集线排连接，所述B相断路器的输出端与B相供电集线排连接，所述C相断路器的输出端与C相供电集线排连接；所述电压电流检测电路的输入端采集A相断路器、B相断路器、C相断路器输出电压信号，所述电压电流检测电路的输出端与模拟量采集电路的输入端连接，所述模拟量采集电路的输出端与可编程逻辑控制器连接。上述冷却气体入口接头的入口压力为0.5_3Mpa，所述集气板与石英灯阵的距离为100-200mmo上述冷却气体入口接头的入口压力为IMpa，所述集气板与石英灯阵的距离为150mmo上述加热支撑架为液压式升降装置。本技术所具有的优点:1、本技术的加热单元基于红外辐射技术，设计了平板式石英灯阵:灯阵尺寸为0.8X0.824m，总功率为498kW，可实现姿控动力系统多个发动机点火工作过程中200kW/m2以下热流密度加载；解决了大尺寸石英灯管在高温、长时间工作中，易出现加热元件变形，损坏等技术问题。2、本技术石英灯管的辐射原件为钨丝，钨丝位于石英玻璃内，高纯度石英玻璃管0 = 11_，石英玻璃内部抽真空后充入惰性气体，外部镀反射层。增强了石英灯的强度和耐高温特性和单向热流密度。解决了大尺寸石英灯管在高温、长时间工作中，易出现加热元件变形，损坏等技术问题。石英灯阵是加热装置的核心环节，其发热体为为钨丝，其电阻值可近似为一元线性元件，随着钨丝加载电压值的变化，钨丝产生的热能也随之变化，并呈线性关系。3、本技术石英灯阵的集线排与可控硅调整单元连接。通过调节石英灯阵的供电电压实现不同热流密度加载。4、液压式升降装置可远程调节石英灯阵与姿控动力系统之间的距离，实现对姿控动力系统表面热流密度的调整；采用燃气导流技术设计的干式燃气导流筒，可避免发动机燃气对热环境装置冲刷；氮气冷却装置可实现姿控动力系统工作过程中，热环境装置持续工作时间大于250s ;热环境装置最大热流加载面积为0.62m2，最大功率498kw。【专利附图】【附图说明】图1为本技术平板式高热流辐射环境装置的结构示意图；图2为图1的俯视透视图；图3为本技术平板式石英灯阵的结构示意图；图4为本技术平板式石英灯阵的接线方式示意图；图5为本技术导流筒的一种结构示意图；图6为本技术导流筒的另一种结构示意图；图7为本技术导流筒的另一种结构示意图；图8为本技术可控硅电本文档来自技高网...

【技术保护点】
发动机大面积平板式高热流辐射环境装置，其特征在于：包括试验台、加热组件、支撑架、冷却组件、导流组件、热流密度调整装置；所述加热组件包括加热单元以及加热支撑架；所述导流组件包括多个导流筒和导流筒固定架，所述导流筒设置在导流筒固定架上；所述冷却组件包括冷却支架以及固定在冷却支架上的冷却器；所述支撑架上放置有姿控动力系统；所述导流筒固定架位于支撑架的外侧，多个导流筒与姿控动力系统中的发动机一一对应；所述加热支撑架位于导流筒固定架的外侧，所述冷却支架固定在加热支撑架上方，所述加热支撑架、导流筒固定架、冷却支架的底部均固定在试验台上；所述加热单元包括石英灯阵、可控硅电压调整单元以及高压电源，所述石英灯阵包括多个石英灯管、A相供电集线排、B相供电集线排以及C相供电集线排，所述多个石英灯管分成第一灯管组、第二灯管组以及第三灯管组，所述第一灯管组、第二灯管组以及第三灯管组通过供电线缆首尾相连形成三个节点，三个节点分别与A相供电集线排、B相供电集线排以及C相供电集线排连接，所述A相供电集线排、B相供电集线排、C相供电集线排均与可控硅调整单元连接，所述可控硅调整单元与高压电源连接，所述石英灯阵位于加热支撑架上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李广会，于军，李志勋，王宏亮，向红艳，刘丽宁，
申请(专利权)人：西安航天动力试验技术研究所，
类型：新型
国别省市：陕西;61