[發明專利]石墨加熱元件、石墨加熱器及設計方法

有效

• 申請號: 201711290532.3
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN109922545B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 楊群;嚴超
• 申請（專利權）人: 北京機電工程研究所
• 主分類號: H05B3/02
• 分類號: H05B3/02;G01M13/00;G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種石墨加熱元件、石墨加熱器及設計方法，該石墨加熱器包含n層石墨加熱元件層(n≥1)，所述的n層石墨加熱元件層構成軸對稱的棱臺結構，其中，每一層石墨加熱元件層由若干個等腰梯形的石墨加熱元件在周向上構成軸對稱的封閉結構，構成每一層石墨加熱元件層的石墨加熱元件的底邊組成正多邊形，且各層正多邊形的邊數一致，每個正多邊形的外接圓平行且同軸，第i+1層的石墨加熱元件層的上表面與第i層石墨加熱元件層的正多邊形底面共面且形狀相同，i＝1,2,…n。本發明通過將石墨加熱元件設計成等腰梯形結構，不僅能夠有效的減少元件的規格和數量，互換性強、安裝便利；而且對于不同尺寸的回轉體或類似回轉體結構，有一定的通用性、減少試驗費用開支。

技術領域

本發明屬于飛行器結構熱試驗的技術領域，涉及一種石墨加熱元件、石墨加熱器及設計方法，具體涉及一種用于回轉體或類似于回轉體的試驗件的石墨加熱元件、石墨加熱器及設計方法。

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。

在傳統的石英燈加熱溫度只能達到1200℃～1300℃的情況下，石墨因其加熱溫度高、強度好、熱導性能良等優點更多的被用作結構熱試驗中的輻射加熱元件；但相較于技術非常成熟的石英燈加熱，石墨的起步較晚，石墨加熱器的設計方法更多的只能參照石英燈加熱器。

為有效的保障輻射加熱效果的實現性，結構熱試驗中的石英燈、石墨等加熱器均采用依照試驗件外形的隨行設計方法。目前，石墨加熱器的核心部件石墨加熱元件通常參照石英燈，被設計成U型、S型、波形等棒狀結構。當被加熱試驗件為常規的方形、圓形時，棒狀結構石墨加熱元件構成的石墨加熱器能夠很好的實現輻射加熱效果；但當試驗件為回轉體或類似于回轉體結構時，例如圓錐形結構，此種棒狀結構的石墨加熱器不僅會造成所需元件的規格和數量眾多、生產加工周期長、費用高，而且元件兩端的機械連接空間小、操作繁瑣、安裝過程易發生折斷。

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，本發明提出一種石石墨加熱元件、石墨加熱器及設計方法，本發明提供的石墨加熱器、設計方法及所用石墨加熱元件尤其適用于回轉體或類似于回轉體試驗件的結構熱試驗。

本發明的技術解決方案：

一方面，本發明提供一種石墨加熱器，該石墨加熱器包含n層石墨加熱元件層(n≥1)，所述的n層石墨加熱元件層構成軸對稱的棱臺結構，其中，每一層石墨加熱元件層由若干個等腰梯形的石墨加熱元件在周向上構成軸對稱的封閉結構，構成每一層石墨加熱元件層的石墨加熱元件的底邊組成正多邊形，且各層正多邊形的邊數一致，每個正多邊形的外接圓平行且同軸，第i+1層的石墨加熱元件層的上表面與第i層石墨加熱元件層的正多邊形底面共面且形狀相同，i＝1,2,…n。

進一步的，所述的石墨加熱元件層的軸截面底角θ相同；

進一步的，所述的石墨加熱元件層的軸截面底角θ的確定如下：根據試驗件尺寸以及其加熱距離要求，設計一圓錐，該圓錐與試驗件之間滿足：1)該圓錐可將所述的試驗件包裹在其內部，且2)該圓錐的高度和軸截面底角滿足試驗件加熱距離的要求；因此，可以確定出該圓錐的高度和軸截面底角；令該軸截面底角即為所述的θ；

進一步的，所述每層石墨加熱元件層中，各石墨加熱元件均相同。

進一步的，所述每層石墨加熱元件層中，石墨加熱元件元件的數量均相同，且不少于3個；