[發明專利]非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統

無效

• 申請號: 201310643686.1
• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN103662112A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 韓繼廣;季琨;陳麗;周國鋒;王大東;李艷臣
• 申請（專利權）人: 上海衛星裝備研究所
• 主分類號: B64G7/00
• 分類號: B64G7/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及紅外燈加熱應用技術領域，具體地，涉及一種非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統。

背景技術

航天器入軌后經受的最主要空間環境為真空、冷黑與太陽輻射，而在太空中，以輻射換熱為主的環境條件下工作的航天器會出現什么故障，在地面大氣環境條件下是無法預測的。因此，航天器在發射升空之前，必須在專門的空間環境模擬試驗設備內進行模擬空間冷黑環境的真空熱試驗，以檢驗其熱設計的合理性和考核其單機的高低溫性能。

航天器上的發動機在點火過程中，發動機本身的溫度非常高，熱流密度達到5000W/m²甚至以上，發動機點火瞬間對發動機周圍部件產生非常大的熱影響，因而必須對發動機周圍部件采取嚴格的熱防護措施，保證發動機周圍部件的性能，如采用高溫隔熱屏等手段。在高溫隔熱屏等研制測試過程中，不可能以真實發動機來模擬其經受的超高密度外熱流，只能采用外熱流模擬裝置模擬其所需要的空間外熱流環境。

傳統的紅外加熱籠熱流密度模擬范圍一般為50～400W/m²，而傳統的紅外燈陣熱流密度模擬范圍一般為50～1500W/m²，根本無法實現上述高熱流密度的模擬。因此，以往的航天器特殊表面進行真空熱試驗時，一般都是采用直接接觸的陶瓷加熱器等手段來模擬空間外熱流環境。

由于待加熱表面不方便直接粘貼加熱片等原因，需要創新設計一種非接觸式加熱系統，因此本發明創新設計非接觸式紅外燈陣系統來模擬航天器特殊表面的空間外熱流環境，使其熱流密度高達6000W/m²以上。同時，由于普通聚四氟乙烯材料的隔熱墊塊耐受的最高溫度為230～260℃，無法經受300℃以上的高溫，本發明創新采用了氧化鋁陶瓷隔熱墊塊。

目前沒有發現同本發明類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內外類似的資料。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統，能夠模擬航天器特殊表面真空熱試驗時所需的6000W/m²熱流密度的空間外熱流環境。

根據本發明的一個方面，提供一種非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統，包括：紅外燈陣、氧化鋁陶瓷隔熱墊塊以及紅外燈陣框架，氧化鋁陶瓷隔熱墊塊設置在紅外燈陣與紅外燈陣框架之間，分別與紅外燈陣和紅外燈陣框架連接。

優選地，氧化鋁陶瓷隔熱墊塊與紅外燈陣和紅外燈陣框架通過螺栓連接。

優選地，紅外燈陣的紅外燈均采用自帶反射鍍層的紅外石英燈。

優選地，自帶反射鍍層的紅外石英燈的額定功率為500W，額定電壓為120V。

優選地，紅外燈陣的加熱區均布有13只自帶反射鍍層的紅外石英燈，且每只自帶反射鍍層的紅外石英燈之間的間距為25mm。

優選地，紅外燈陣的熱流密度達到6000W/m²以上。

優選地，紅外燈陣框架材料為30號角鋼，厚度為2mm，焊接加工，表面拋光處理。

使用本發明進行航天器特殊表面超高熱流密度的空間外熱流環境的模擬具體包括以下步驟：首先，經歷抽真空和建立低溫背景（100K）的階段，試驗結束經歷回溫復壓階段，將氧化鋁陶瓷隔熱墊塊固定在紅外燈陣框架與紅外燈陣之間，并采用螺栓連接，再將紅外燈陣系統放置在距離待加熱表面200mm左右處。試驗需要進行高溫工況時，對紅外燈陣通電，當通入較大電流后，紅外燈陣能夠發出最高達6000W/m²的熱流密度，待加熱表面得到加熱，大大提升了升溫速率，縮短試驗時間，降低成本。由于存在氧化鋁陶瓷隔熱墊塊，雖然紅外燈陣熱流密度非常高，但其足以承受此高溫。當需要進行低溫工況時，紅外燈陣停止供電，使航天器特殊表面降溫。

本發明的非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統由于采取了上述的技術方案，解決了某航天器特殊表面真空熱試驗熱流密度難以使用傳統加熱手段實現的問題。通過創新設計，采用紅外燈陣系統，將紅外燈間距設計為25mm，并通過氧化鋁陶瓷隔熱墊塊與紅外燈陣框架連接，貼近待加熱表面，采用非接觸式加熱方式，在確保沒有可凝揮發物污染的前提下，實現了高達6000W/m²的熱流密度，滿足了相關航天器特殊表面的試驗要求，通過提高升降溫速率而縮短了試驗周期，具有較大的經濟效益。