一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電阻加熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電阻加熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有公開的技術(shù)文獻(xiàn)中，用于燃燒室直連式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的加熱器大多采用燃燒加熱器，實(shí)驗(yàn)氣體存在有污染的問題，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能直接用于評(píng)估實(shí)際飛行條件下的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。而從公開文獻(xiàn)報(bào)道來看，目前應(yīng)用于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)研宄的典型電阻加熱試驗(yàn)系統(tǒng)主要包括以下種類:
[0003]俄羅斯中央流體研宄院(TASGI)設(shè)計(jì)總溫為1200K的蓄熱式電阻加熱器系統(tǒng)，單臺(tái)功率75kW，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高。
[0004]美國(guó)維吉尼亞大學(xué)宇航研宄實(shí)驗(yàn)室(Aerospace Research LaboratoryUniversity of Virginia)研制的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)設(shè)備，該設(shè)備采用十四級(jí)的電阻加熱器，加熱器出口氣流為純凈高溫空氣，最高溫度為1160K，流量為0.75kg/s，功率為1200KW ;燃燒室進(jìn)口 Ma數(shù)為2.1，總溫為1160K，總壓為0.33MPa。該加熱器體積龐大，加熱器長(zhǎng)度為6.3m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行成本較高。
[0005]中國(guó)空氣動(dòng)力研宄與發(fā)展中心、北京空氣動(dòng)力研宄所、南京航空航天大學(xué)研制的電阻加熱器，模擬飛行馬赫數(shù)的范圍有限，電阻加熱器出口溫度均未達(dá)到1000K，運(yùn)行費(fèi)用也較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的電阻加熱設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大和運(yùn)行成本較高的不足，本發(fā)明提出了一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電阻加熱器，用于模擬超音速和高超音速飛行狀態(tài)的高溫、高壓、高M(jìn)a數(shù)和氣體中氧氣組分并且實(shí)驗(yàn)工質(zhì)無污染的超音速燃燒室性能實(shí)驗(yàn)研宄，評(píng)估來流污染帶來的相關(guān)問題；電阻加熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、工作連續(xù)、運(yùn)行成本低。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括加熱器殼體、內(nèi)筒、薄壁管加熱體、法蘭、火線電極、零線電極，其特點(diǎn)是:采用薄壁管加熱體作為加熱元件，內(nèi)筒與薄壁管加熱體固定在加熱器殼體內(nèi)，內(nèi)筒通過法蘭安裝在薄壁管加熱體外層，薄壁管加熱體與內(nèi)筒、加熱器殼體共同組成氣流涵道，加熱器殼體兩端部有法蘭，加熱器殼體端部的出氣口通過法蘭與試驗(yàn)段的管路連接，加熱器殼體側(cè)壁上的進(jìn)氣口與供氣氣源連接，加熱器殼體內(nèi)壁有絕緣層，火線電極供電端通過絕緣螺釘緊固在加熱器殼體上，薄壁管加熱體通過火線電極與電源相連接，零線電極固連在加熱器殼體側(cè)壁下面。
[0008]所述薄壁管加熱體采用耐高溫合金鋼材料。
[0009]所述薄壁管加熱體在內(nèi)筒中周向均布為單層或多層結(jié)構(gòu)的任意一種。
[0010]有益效果
[0011]本發(fā)明提出的一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電阻加熱器，用于模擬超音速和高超音速飛行狀態(tài)的高溫、高壓、高M(jìn)a數(shù)和氣體中氧氣組分并且實(shí)驗(yàn)工質(zhì)無污染的超音速燃燒室性能實(shí)驗(yàn)研宄，評(píng)估來流污染帶來的相關(guān)問題。電阻加熱器采用耐高溫合金鋼制成薄壁管加熱體作為加熱元件，內(nèi)筒與薄壁管加熱體固定在加熱器殼體內(nèi)，薄壁管加熱體與內(nèi)筒、加熱器殼體共同組成氣流涵道；當(dāng)380V的電壓加載于薄壁管加熱體上，使薄壁管加熱體發(fā)熱，被加熱的冷空氣通過薄壁管內(nèi)外流動(dòng)進(jìn)行強(qiáng)迫對(duì)流換熱，出口溫度可達(dá)1000K ;能在非常接近實(shí)際飛行條件的超音速和高超音速風(fēng)洞中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
[0012]本發(fā)明用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電阻加熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，工作連續(xù)、運(yùn)行成本低。
【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電阻加熱器作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0014]圖1為本發(fā)明用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電阻加熱器示意圖。
[0015]圖2為電阻加熱器出口氣流溫度測(cè)量曲線。
[0016]圖3為電阻加熱器溫度為1000K時(shí)加熱器出口參數(shù)測(cè)量曲線。
[0017]圖4為電阻加熱器溫度為900K時(shí)加熱器出口參數(shù)測(cè)量曲線。
[0018]圖5為電阻加熱器溫度為700K時(shí)加熱器出口參數(shù)測(cè)量曲線。
[0019]圖中:
[0020]1.火線電極2.零線電極3.加熱器殼體4.內(nèi)筒5.薄壁管加熱體6.進(jìn)氣口
7.出氣口 8.法蘭
【具體實(shí)施方式】
[0021]本實(shí)施例是一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電阻加熱器。
[0022]參閱圖1，用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電阻加熱器由薄壁管加熱體5、內(nèi)筒4、加熱器殼體3、火線電極1、零線電極2、法蘭8，以及冷空氣進(jìn)氣口 6和高溫氣體出氣口 7構(gòu)成。電阻加熱器的進(jìn)氣口 6與供氣氣源相連接，電阻加熱器的出氣口 7通過法蘭8與試驗(yàn)段的管路相連接，在承壓下不漏氣。薄壁管加熱體5通過火線電極I與380v電源連接。零線電極2連接在加熱器殼體3側(cè)壁下面接地。試驗(yàn)時(shí)氣源中的氣流從冷空氣進(jìn)氣口 6進(jìn)入到電阻加熱器中，經(jīng)內(nèi)筒4的外壁面流入由薄壁管加熱體5與內(nèi)筒4、加熱器殼體3共同組成的氣流涵道。薄壁管發(fā)熱體5由高溫合金鋼材料制成，當(dāng)電壓加載于薄壁管發(fā)熱體5上時(shí)，使薄壁管發(fā)熱體5發(fā)熱，被加熱的冷空氣通過薄壁管發(fā)熱體5內(nèi)外流動(dòng)進(jìn)行強(qiáng)迫對(duì)流換熱，從高溫氣體出氣口 7流出。薄壁管加熱體5強(qiáng)度較高，在高溫高速氣流的沖擊下不會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱體損壞而中途停止試驗(yàn)。薄壁管加熱體5的結(jié)構(gòu)形式具有較高的加熱效率，薄壁管加熱體5管壁的平均溫度與空氣的平均溫度差值小，結(jié)構(gòu)重量輕Γ薄壁管加熱體5熱容量小，與空氣在管內(nèi)外強(qiáng)迫對(duì)流換熱，其升溫和降溫速率快，可達(dá)10°C /S。內(nèi)筒4在薄壁管加熱體5外層，用于固定薄壁管加熱體5，并作為薄壁管加熱體5的支撐，同時(shí)將冷熱空氣隔絕；薄壁管加熱體5在內(nèi)筒4中周向均布為單層或多層結(jié)構(gòu)，增加其強(qiáng)迫對(duì)流換熱的長(zhǎng)度，使高溫氣流出口溫度均勻。加熱器殼體3為電阻加熱器的最外層，加熱器殼體3內(nèi)壁有絕緣層，火線電極I供電端通過絕緣螺釘緊固在加熱器殼體3上，薄壁管加熱體5通過火線電極I與電源相連接，用于電阻加熱器的安全防護(hù)；當(dāng)電阻加熱器工作時(shí)，內(nèi)筒4的氣流被加熱到600°C時(shí)，加熱器殼體3的表面溫度范圍在50°C，使用安全。
[0023]本實(shí)施例選用智能溫度數(shù)字PID調(diào)節(jié)儀表SR73A和150kVA可控硅調(diào)功器對(duì)加熱器進(jìn)行功率控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器的手動(dòng)調(diào)節(jié)，亦可根據(jù)所需要的溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。
[0024]本實(shí)施例所達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)如下:
[0025]1.電加熱器額定功率N = 125KW。
[0026]2.可承受最大的壓力為Pmax= 3MPa。
[0027]3.當(dāng)功率為N= 125KW，進(jìn)口空氣溫度為293K，空氣流量為0.14kg/s時(shí)，加熱器的出口溫度可達(dá)1023K ;當(dāng)空氣流量為0.56kg/s，加熱器出口溫度可達(dá)473K。
[0028]圖2為試驗(yàn)中不同溫度下電阻加熱器出口氣流溫度測(cè)量曲線，加熱器出口溫度分別為1000K、900K、800K、700K，升溫時(shí)間小于200秒。根據(jù)目前的氣源容量，設(shè)備穩(wěn)定工作時(shí)間可達(dá)到30秒。
[0029]圖3?圖5為電阻加熱器溫度分別為1000Κ、900Κ、700Κ時(shí)加熱器出口參數(shù)的測(cè)量曲線。通過實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電阻加熱器完成了大量超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研宄。而且能在非常接近實(shí)際飛行條件的超音速和高超音速風(fēng)洞中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電阻加熱器，包括加熱器殼體、內(nèi)筒、薄壁管加熱體、法蘭、火線電極、零線電極，其特征在于:采用薄壁管加熱體作為加熱元件，內(nèi)筒與薄壁管加熱體固定在加熱器殼體內(nèi)，內(nèi)筒通過法蘭安裝在薄壁管加熱體外層，薄壁管加熱體與內(nèi)筒、加熱器殼體共同組成氣流涵道，加熱器殼體兩端部有法蘭，加熱器殼體端部的出氣口通過法蘭與試驗(yàn)段的管路連接，加熱器殼體側(cè)壁上的進(jìn)氣口與供氣氣源連接，加熱器殼體內(nèi)壁有絕緣層，火線電極供電端通過絕緣螺釘緊固在加熱器殼體上，薄壁管加熱體通過火線電極與電源相連接，零線電極固連在加熱器殼體側(cè)壁下面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電阻加熱器，其特征在于:所述薄壁管加熱體采用耐高溫合金鋼材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電阻加熱器，其特征在于:所述薄壁管加熱體在內(nèi)筒中周向均布為單層或多層結(jié)構(gòu)的任意一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電阻加熱器,用于模擬超音速和高超音速飛行狀態(tài)的高溫、高壓、高M(jìn)a數(shù)和氣體中氧氣組分并且實(shí)驗(yàn)工質(zhì)無污染的超音速燃燒室性能實(shí)驗(yàn)研究，評(píng)估來流污染帶來的相關(guān)問題。電阻加熱器采用耐高溫合金鋼制成薄壁管加熱體作為加熱元件，內(nèi)筒與薄壁管加熱體固定在加熱器殼體內(nèi)，薄壁管加熱體與內(nèi)筒、加熱器殼體共同組成加熱氣涵道；當(dāng)380V的電壓加載于薄壁管加熱體上,使薄壁管加熱體發(fā)熱，被加熱的冷空氣通過薄壁管內(nèi)外流動(dòng)進(jìn)行強(qiáng)迫對(duì)流換熱，出口溫度可達(dá)1000K；能在非常接近實(shí)際飛行條件的超音速和高超音速風(fēng)洞中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。電阻加熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、工作連續(xù)、運(yùn)行成本低。
【IPC分類】F24H9-18, F24H3-04
【公開號(hào)】CN104748371
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510127330
【發(fā)明人】宋文艷, 樊慶骦, 陳亮, 李建平, 肖隱利, 張冬青
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月23日