一种应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置及加工方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于大型风洞设备建设领域，公开了一种应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置及加工方法。水冷隔热装置整体为圆盘形，外环框体为圆环，外环框体的圆环的左侧外沿设置有进水管，左侧环面设置有左侧冷却水流道，右侧设置有对应的出水管和右侧冷却水流道；外环框体的中心嵌入上下堆叠的隔热内屏和隔热内屏增强背板；隔热内屏上设置有中心对称分布的若干个通孔Ⅰ，在隔热内屏的内部，通孔Ⅰ之间的实体上设置有水流流向从左至右的网状的冷却通道；隔热内屏增强背板上设置有与隔热内屏的通孔Ⅰ内径相同且相互贯通的通孔Ⅱ。加工方法基于分类设计理念，采用大型3D打印方法和异种金属焊接方法，制造成本与传统机械加工方式基本相当。相当。相当。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置及加工方法


[0001]本专利技术属于大型风洞设备建设领域，具体涉及一种应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置及加工方法。

技术介绍

[0002]高超声速风洞是空气动力领域重要的基础设施设备，主要用于开展马赫数大于5的高超声速气动试验，高超声速高温风洞在高超声速风洞基础上增加了温度模拟能力，高超声速高温风洞的马赫数和温度综合模拟能力更接近真实飞行条件。
[0003]大型燃烧加热装置是高超声速高温风洞的核心部件之一，用于对试验气体加热，最高能够产生2300K左右的高温燃气。对大型燃烧加热装置进行有效的冷却是保障其长时间运行的必备条件。
[0004]现有的高超声速高温风洞受发展路线、研制经费、时间周期等限制，在拓展试验能力时，需要在现有的燃烧加热装置的基础上，额外增加独立的水冷隔热装置，阻隔燃烧加热装置产生的高温燃气。
[0005]额外增加独立的冷却装置主要有以下两种技术方案：一是，采用传统的机械加工及钎焊工艺，缺点是冷却装置具有百余个孔洞，容易因焊料布置、钎焊流程出现问题而导致焊缝不合格，继而导致冷却装置加工失败；二是，采用3D打印方式整体打印冷却装置，缺点是3D打印方式比传统的机械加工方式费用提高50%以上，成本明显增加。
[0006]当前，亟需发展一种综合考虑加工工艺和制造成本的应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置及加工方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的一个技术问题是提供一种应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置，本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置的加工方法，为水冷隔热装置建设提供综合技术方案。
[0008]本专利技术的应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置，其特点是，所述的水冷隔热装置整体为圆盘形，外环框体为圆环，隔热内屏和隔热内屏增强背板为直径相同的圆盘；外环框体的圆环的左侧外沿设置有若干个沿圆环周向均匀分布的进水管，左侧环面设置有与进水管连通的左侧冷却水流道，左侧冷却水流道上加盖左侧的水道盖板；外环框体的圆环的右侧设置有若干个与进水管对应的出水管，右侧环面设置有与出水管连通的右侧冷却水流道，右侧冷却水流道上加盖右侧的水道盖板；外环框体的中心嵌入上下堆叠的隔热内屏和隔热内屏增强背板；隔热内屏上设置有中心对称分布的若干个通孔Ⅰ，在隔热内屏的内部，通孔Ⅰ之间的实体上设置有水流流向从左至右的网状的冷却通道；隔热内屏增强背板上设置有与隔热内屏的通孔Ⅰ内径相同且相互贯通的通孔Ⅱ；
冷却水从进水管流入，依次经左侧冷却水流道、冷却通道、右侧冷却水流道，最后从出水管流出；冷却水在隔热内屏的冷却通道流动过程中，完成了水冷隔热装置冷却。
[0009]进一步地，所述的外环框体的左侧环面的左侧冷却水流道分成与若干个进水管对应的若干组左侧流道，每组左侧流道包括按照冷却水从左至右流动方向顺序连接的一个冷却水上游汇流流道、一个冷却水上游集液腔和若干个冷却水上游分流流道；外环框体的右侧环面的右侧冷却水流道分成与左侧环面的若干组左侧流道一一对应的若干组右侧流道，每组右侧流道按照冷却水从左至右流动方向依次包括顺序连接的若干个冷却水下游分流流道、一个冷却水下游集液腔和一个冷却水下游汇流流道；冷却水从进水管流入，依次经左侧冷却水流道的冷却水上游汇流流道、冷却水上游集液腔和冷却水上游分流流道，进入冷却通道完成水冷隔热装置冷却后，再依次经右侧冷却水流道的冷却水下游分流流道、冷却水下游集液腔和冷却水下游汇流流道，最后从出水管流出。
[0010]进一步地，所述的进水管有3个，与3个出水管相对应，隔热内屏分成隔热内屏冷却通道上部、隔热内屏冷却通道中部和隔热内屏冷却通道下部；每个部分的冷却通道之间设置有通流孔，通过通流孔，保证冷却水流动顺畅，不出现死水区。
[0011]进一步地，所述的冷却通道在沿打印生长方向的底部为圆弧底，顶部为圆弧顶。
[0012]本专利技术的应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置的加工方法，包括以下步骤：S10.采用机械加工方式加工外环框体和水道盖板；将左侧的水道盖板覆盖外环框体上的左侧冷却水流道上，将右侧的水道盖板覆盖外环框体上的右侧冷却水流道上；采用填焊方式将水道盖板与外环框体焊接成外环框体组合件，填焊分阶段进行，避免因热量集中导致的局部热变形；S20.采用3D打印技术加工隔热内屏，采用机械加工方式加工隔热内屏增强背板；将隔热内屏和隔热内屏增强背板上下堆叠，调整相对位置，直至通孔Ⅰ和通孔Ⅱ上下贯通；再将70%~80%的贯通孔分别使用固定组件固定，将剩余的20%~30%的贯通孔进行焊接；得到中心焊接隔热内屏组合件，中心焊接隔热内屏组合件上焊接的贯通孔呈中心对称分布；S30.加工第一压板和第二压板，第一压板和第二压板的外径均与隔热内屏的外径相同，第一压板、第二压板上开有与通孔Ⅰ对应且内径相同的通孔；拆除中心焊接隔热内屏组合件上的固定组件；在中心焊接隔热内屏组合件的上下表面分别堆叠第一压板和第二压板；调整相对位置，直至通孔Ⅰ、通孔Ⅱ和第一压板、第二压板上的通孔上下贯通，再使用固定组件固定所有的贯通孔，得到压板组合件，将压板组合件安装在焊接支架上，安装完成后，压板组合件在焊接支架上绕焊接支架的中心轴旋转；采用花焊方式，对隔热内屏和隔热内屏增强背板的外环面进行焊接，一次焊接外环面1/12的区域，每次焊接的间隔时间相同，焊接完成后采用自然时效释放残余应力；释放残余应力后，拆除第一压板和第二压板，得到隔热内屏组合件；S40.将隔热内屏组合件装卡到外环框体组合件的中心孔上，采用花焊方式，对上下两侧的圆圈接缝进行焊接，焊接时上下两侧轮流作业，每次焊接单侧圆圈的1/12的区域，焊接完成后采用自然时效释放残余应力；释放残余应力后，进行精加工和修型，直至达到加工要求，完成水冷隔热装置加工。
[0013]进一步地，所述的固定组件包括螺钉、螺母和垫片。
[0014]本专利技术的应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置及加工方法基于分类设计理念，采用机械加工方法、3D打印方法和异种金属焊接方法，最终获得的水冷隔热装置，整体采用分类分段加工方案，制造成本与传统机械加工方式基本相当；关键部件采用整体成型方式加工，高温高压应用场景下安全性大大提高。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置的结构示意图；图2为本专利技术的应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置中的外环框体水冷流道剖面示意图；图3a为本专利技术的应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置中的隔热内屏水冷流道分区示意图；图3b为本专利技术的应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置中的隔热内屏的通流孔示意图；图3c为本专利技术的应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置中的隔热内屏水冷流道剖面示意图；图4为本专利技术的应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置中的隔热内屏及增强背板通孔焊接示意图；图5为本专利技术的应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置中的隔热内屏及增强背板环面焊接示意图。
[0016]图中，101.进水管；102.外环框体；103.水道盖板；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置，其特征在于，所述的水冷隔热装置整体为圆盘形，外环框体（102）为圆环，隔热内屏（104）和隔热内屏增强背板（105）为直径相同的圆盘；外环框体（102）的圆环的左侧外沿设置有若干个沿圆环周向均匀分布的进水管（101），左侧环面设置有与进水管（101）连通的左侧冷却水流道，左侧冷却水流道上加盖左侧的水道盖板（103）；外环框体（102）的圆环的右侧设置有若干个与进水管（101）对应的出水管（106），右侧环面设置有与出水管（106）连通的右侧冷却水流道，右侧冷却水流道上加盖右侧的水道盖板（103）；外环框体（102）的中心嵌入上下堆叠的隔热内屏（104）和隔热内屏增强背板（105）；隔热内屏（104）上设置有中心对称分布的若干个通孔Ⅰ（104
‑
6），在隔热内屏（104）的内部，通孔Ⅰ（104
‑
6）之间的实体上设置有水流流向从左至右的网状的冷却通道（104
‑
4）；隔热内屏增强背板（105）上设置有与隔热内屏（104）的通孔Ⅰ（104
‑
6）内径相同且相互贯通的通孔Ⅱ（105
‑
1）；冷却水从进水管（101）流入，依次经左侧冷却水流道、冷却通道（104
‑
4）、右侧冷却水流道，最后从出水管（106）流出；冷却水在隔热内屏（104）的冷却通道（104
‑
4）流动过程中，完成了水冷隔热装置冷却。2.根据权利要求1所述的应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置，其特征在于，所述的外环框体（102）的左侧环面的左侧冷却水流道分成与若干个进水管（101）对应的若干组左侧流道，每组左侧流道包括按照冷却水从左至右流动方向顺序连接的一个冷却水上游汇流流道（102
‑
1）、一个冷却水上游集液腔（102
‑
2）和若干个冷却水上游分流流道（102
‑
3）；外环框体（102）的右侧环面的右侧冷却水流道分成与左侧环面的若干组左侧流道一一对应的若干组右侧流道，每组右侧流道按照冷却水从左至右流动方向依次包括顺序连接的若干个冷却水下游分流流道（102
‑
4）、一个冷却水下游集液腔（102
‑
5）和一个冷却水下游汇流流道（102
‑
6）；冷却水从进水管（101）流入，依次经左侧冷却水流道的冷却水上游汇流流道（102
‑
1）、冷却水上游集液腔（102
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2）和冷却水上游分流流道（102
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3），进入冷却通道（104
‑
4）完成水冷隔热装置冷却后，再依次经右侧冷却水流道的冷却水下游分流流道（102
‑
4）、冷却水下游集液腔（102
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5）和冷却水下游汇流流道（102
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6），最后从出水管（106）流出。3.根据权利要求1所述的应用于高超声速高温风洞的水冷隔热装置，其特征在于，所述的进水管（101）有3个，与3个出水管（106）相对应，隔热内屏（104）分成隔热内屏冷却通道上部（104
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1）、隔热内屏冷却通道中部（104
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2）和隔热内屏冷却通道下部（104
‑
3）；每个部分的冷却通道（104
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4）之间设置有通流孔（104
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5），通过通流孔（104
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：靳雨树，杨样，孟繁星，吕德润，刘崇智，张林，曾令国，朱超，陈德江，唐志共，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
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