[發明專利]用于結構熱試驗的石墨加熱元件、石墨加熱器

在審

• 申請號: 201711274220.3
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN109890091A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 楊群;孟祥男;曹學偉;李原
• 申請（專利權）人: 北京機電工程研究所
• 主分類號: H05B3/00
• 分類號: H05B3/00;H05B3/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種用于結構熱試驗的石墨加熱元件、石墨加熱器，所述的石墨加熱元件由主體結構和端部結構組成，其中，至少一側的端部結構與所述的主體結構呈夾角設置并用于與水冷電極的連接。本發明能夠更大限度的消除加熱盲區、很好的抑制了相鄰石墨加熱元件之間加熱盲區的產生，保證結構熱試驗過程中輻射加熱的均勻性，并有效的解決了結構件溫區數量和大小對常規石墨加熱元件設計的限制問題。且本發明提供的石墨元件的結構應用范圍廣泛，不僅限于波型石墨加熱元件的應用，U型和S型也同樣適用。

技術領域

本發明屬于飛行器結構熱試驗的技術領域，涉及一種用于結構熱試驗的石墨加熱元件、石墨加熱器。

背景技術

隨著飛行器飛行的馬赫數越來越高，相應的氣動加熱問題亦越來越嚴重，其局部最高溫度為1400℃以上，瞬時熱流密度可達1.2MW/m²以上，這對傳統式地面環境結構熱試驗提出了更高的技術要求。

結構熱試驗中用作輻射加熱的元件主要有石英燈、鎳鉻絲、硅碳及石墨。目前普遍采用的石英燈特點有體積小、熱慣性小、可控制好及可組成任意形狀的加熱器，但其最高加熱溫度只能達到1200℃-1300℃，依然無法實現1400℃以上輻射加熱環境的模擬。石墨最高工作溫度可達2550℃，最大發熱熱流高達3MW/m²。雖然在高溫下易被氧化，需要在真空環境下或保護氣體環境中使用，但具有一定的強度，熱導性能好，以及電阻率隨溫度的變化不大的優點。

石墨加熱器的核心部件為石墨加熱元件，目前，結構試驗中所用的石墨加熱元件主要設計成U型、S型及波型，其端部厚度大，發熱小，又同時連接著水冷電極，因此端部溫度很低，沒有輻射加熱功能；而且即使采用薄端部進行代替，會導致端部剛度下降，還會因為水冷電極的影響而導致端部溫度下降很大，同樣無法解決試驗件整個受熱不均勻的問題。另外，針對結構熱試驗開展的加熱器布局設計中，為了增強石墨加熱元件的通用性，往往需要將多個石墨加熱器單元拼接在一起，尤其當兩個加熱單元的端部均處于加熱區時，普通的端部結構將造成加熱盲區，且盲區的面積較大，造成輻射加熱的不均勻性。

發明內容

在下文中給出關于本發明的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。

為解決上述問題，本發明提出一種用于結構熱試驗的石墨加熱元件、石墨加熱器，所述的石墨加熱元件、石墨加熱器具有有效抑制加熱盲區、輻射加熱均勻的優勢。

本發明的技術解決方案：

一方面，本發明提供一種用于結構熱試驗的石墨加熱元件，由主體結構和端部結構組成，其中，所述的主體結構用于輻射加熱試驗件，端部結構中至少一側的端部結構與所述的主體結構呈夾角設置并用于與水冷電極的連接。

進一步的，所述的主體結構和端部結構為一體化設計；

進一步的，所述端部結構的厚度大于所述主體結構的厚度；

進一步的，所述與主體結構呈夾角設置的端部結構還設置成由依次連接的若干段子結構組成，各段子結構之間呈夾角設置；

進一步的，上述各段子結構中的最后一段子結構用于與水冷電極的連接，且優選和所述的主體結構呈平行設置；

進一步的，上述各段子結構中，用于與水冷電極連接的子結構的厚度設置為最大；

進一步的，所述的各段接結構優選為兩段，其之間夾角為直角，且與所述主體結構連接的子結構與所述主體結構之間的夾角也為直角；

進一步的，所述的各段子結構為一體化設計。