【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于辐射对流耦合气动热试验的混合室，属于航空航天飞行器气动热地面模拟试验装置领域。
技术介绍
0、技术背景
1、在气动热防护地面模拟试验中，辐射对流耦合气动热试验作为高速再入飞行器热防护结构精细化设计的重要试验手段，已经开始逐步推进。在这种试验中，以电弧加热器、燃气流等设备产生的高温气流作为对流热源，和以石英灯、碳弧灯、氙弧灯等设备产生高能流辐射作为辐射热源，将同时作用于被试模型表面，以模拟飞行器高速再入时大气产生的对流加热与高强度激波产生辐射加热对飞行器热防护材料的耦合作用。
2、在上述对流热源和辐射热源的发生装置中，作为对流热源的电弧加热器或燃气流设备通常较为巨大且复杂，而辐射热源通常结构较为简单，因此目前所使用的辐射对流耦合气动热试验装置均在对流热源设备的基础上改进而成。而传统的对流加热设备与被试模型均布置在同一轴线上，使得在此基础上改进而成的辐射对流耦合试验设备，其辐射热源产生的射线需要使用反射或斜照等方式作用于被试模型，这就使得辐射热效率和被试模型表面接受的辐射均匀度较低。为改善辐射对流耦合试验装置中的上述辐射热环境弊端，需要开发一套全新的试验装置，为此，需要在试验装置中提供一种能够将对流热源与辐射热源集成一体的装置，使辐射热源与高温气流处于同一轴线上。
3、专利内容
4、本专利技术所要解决的技术问题：克服现有技术的不足，在确保对流热环境不发生恶化的前提下，提供一种能够产生直照辐射热环境的对流热源与辐射热源集成装置。
5、本专利技术的技术方案
6、所述气流腔包括四通内壳、第一进气环和第一连接结构件；所述四通内壳为由纵向通腔和横向通腔交叉组成的十字型筒状结构，纵向通腔为锥筒型，横向通腔为两端小，中间大的圆筒型；四通内壳与其外部的第一连接结构件之间设置用于水冷、气冷的通道；进气通道内的冷却气体最终经位于纵向通腔的大端的第一进气环进入四通内壳；
7、所述辐射腔包括辐射腔内壳、第二进气环和第二连接结构件；辐射腔内壳为半椭球结构，具有半椭球内腔，所述半椭球内腔的小端通过第二进气环连通辐射源；辐射腔内壳与第二连接结构件之间设置用于水冷、气冷的通道，进气通道内的冷却气体经第二进气环、气冷通道进入辐射腔内壳；
8、试验时，所述气流腔和辐射腔固连，气流腔的纵向通腔与半椭球内腔的轴线重合；横向通腔两端安装对流热源，辐射热源的照射方向与对流热源流场的流出方向处于同一轴线上。
9、优选的，所述第一连接结构件包括小端法兰、四通外壳、上游法兰、大端法兰；
10、四通内壳的外壁面具有肋片结构；四通外壳包裹在四通内壳的外侧，其内壁面与四通内壳外壁面的肋片间形成的空腔为第一水冷通道；小端法兰安装在四通内壳的纵向通腔的小端一侧，法兰周向的外壁面开有第一出水通道，内壁面开有环形的第一集水槽；上游法兰安装在四通内壳的横向通腔的两侧，共两件，法兰周向的外壁面开有第一进水通道，内壁面开有环形的第一集水槽；大端法兰安装在四通内壳的纵向通腔的大端一侧，法兰周向的外壁面开有第一出水通道和第一进气通道，内壁面开有环形的第一集水槽和第一集气槽；第一进气环安装在大端法兰的第一集气槽的内侧，其上均布有数个第一进气孔。
11、优选的，所述第一进气环为等径圆环，其上的第一进气孔在第一进气环的外圆面上的入口方向与径向相同，在第一进气环的内圆面上的出口方向与第一进气环的轴线呈45°角，两者之间具有圆角过渡，且过渡圆角在第一进气孔的中心轴线上的半径不小于第一进气环的厚度。
12、优选的，第一进气孔的截面积之和等于第一进气通道截面积之和。
13、优选的，所述纵向通腔的锥度与辐射源汇聚光路一致。
14、优选的，所述纵向通腔和横向通腔的内型面交界处相切。
15、优选的，所述第二连接结构件包括连通法兰、辐射腔外壳、辐射法兰；
16、其中，辐射腔内壳的外壁面具有肋片，在椭球尖点处沿对称轴开有气冷通道；辐射腔外壳包裹在辐射腔内壳的外侧，其内壁面与辐射腔内壳外壁肋片间的通道形成第二水冷通道；连通法兰安装在辐射腔内壳的大端，其周向外壁面开有第二出水通道，内壁面开有环形的第二集水槽；辐射法兰安装在辐射腔内壳的小端，法兰周向的外壁面开有第二进水通道和第二进气通道，内壁面开有环形的第二集水槽和第二集气槽，法兰在靠近第二集气槽的端面上沿对称轴开有辐射源安装孔；第二进气环安装在辐射法兰的第二集气槽的内侧，其上均布有数个第二进气孔。
17、优选的，所述第二进气环与辐射腔的轴线呈45°锥形，其上分布的第二进气孔垂直于第二进气环表面。
18、优选的，所述第二进气孔的截面积之和等于第二进气通道截面积之和。
19、优选的，所述第二进气通道数量与截面积之和分别大于第一进气通道的数量与截面积之和。
20、优选的，所述半椭球内腔与辐射源使用的椭球反射镜的外壁面外形相同。
21、优选的，所述四通内壳和辐射腔内壳采用锆青铜制造，其余部件采用不锈钢制造，气流腔和辐射腔的所有部件间均使用真空炉钎焊方式组合。
22、与现有技术相比本专利技术的有益效果是：
23、(1)、本专利技术能够安装一处辐射热源，应于辐射对流耦合试验装置中时，辐射热源的照射方向与对流热源流场的流出方向处于同一轴线上，能够有效提升辐射热效率及接收面辐射均匀度；
24、(2)、本专利技术能够同时安装两处对流热源，在提高集成度的同时可以对对流热源产生的高温气流进行总温调变、稳压和整流的作用；
25、(3)、本专利技术的辐射腔能够对辐射热源的外壳及热源核心进行有效冷却，可有效提升辐射热源的使用寿命；
26、(4)、本专利技术的水冷结构及所使用的钎焊工艺可提高装置本身的使用寿命，并能够承受高温高压的对流流场环境。
技术实现思路
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1.一种辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于包括气流腔和辐射腔；
2.根据权利要求1所述的辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于：所述第一连接结构件包括小端法兰、四通外壳、上游法兰、大端法兰；
3.根据权利要求2所述的辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于：所述第一进气环为等径圆环，其上的第一进气孔在第一进气环的外圆面上的入口方向与径向相同，在第一进气环的内圆面上的出口方向与第一进气环的轴线呈45°角，两者之间具有圆角过渡，且过渡圆角在第一进气孔的中心轴线上的半径不小于第一进气环的厚度。
4.根据权利要求2所述的辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于：第一进气孔的截面积之和等于第一进气通道截面积之和。
5.根据权利要求1所述的辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于：所述纵向通腔的锥度与辐射源汇聚光路一致。
6.根据权利要求1所述的辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于：所述纵向通腔和横向通腔的内型面交界处相切。
7.根据权利要求1或2所述的辐射对流耦合气动热试
8.根据权利要求7所述的辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于：所述第二进气环与辐射腔的轴线呈45°锥形，其上分布的第二进气孔垂直于第二进气环表面。
9.根据权利要求7所述的辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于：所述第二进气孔的截面积之和等于第二进气通道截面积之和。
10.根据权利要求7所述的辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于：所述第二进气通道数量与截面积之和分别大于第一进气通道的数量与截面积之和。
11.根据权利要求1所述的辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于：所述半椭球内腔与辐射源使用的椭球反射镜的外壁面外形相同。
12.根据权利要求1所述的辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于：所述四通内壳和辐射腔内壳采用锆青铜制造，其余部件采用不锈钢制造，气流腔和辐射腔的所有部件间均使用真空炉钎焊方式组合。
...【技术特征摘要】
1.一种辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于包括气流腔和辐射腔；
2.根据权利要求1所述的辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于：所述第一连接结构件包括小端法兰、四通外壳、上游法兰、大端法兰；
3.根据权利要求2所述的辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于：所述第一进气环为等径圆环，其上的第一进气孔在第一进气环的外圆面上的入口方向与径向相同，在第一进气环的内圆面上的出口方向与第一进气环的轴线呈45°角，两者之间具有圆角过渡，且过渡圆角在第一进气孔的中心轴线上的半径不小于第一进气环的厚度。
4.根据权利要求2所述的辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于：第一进气孔的截面积之和等于第一进气通道截面积之和。
5.根据权利要求1所述的辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于：所述纵向通腔的锥度与辐射源汇聚光路一致。
6.根据权利要求1所述的辐射对流耦合气动热试验用四通混合室，其特征在于：所述纵向通腔和横向通腔的内型面交界处相切。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘雨翔，蒋登豪，李采睿，杨汝森，高贺，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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