[發明專利]一種3D打印電弧加熱器旋氣室

在審

• 申請號: 202011617056.3
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112744370A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 文鵬;劉雨翔;閆憲翔;歐東斌;楊國銘
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: B64G7/00
• 分類號: B64G7/00;G01N25/00
• 代理公司: 北京八月瓜知識產權代理有限公司 11543
• 代理人: 李斌

本發明提供了一種3D打印電弧加熱器旋氣室，旋氣室采用金屬3D打印增材制造技術加工并一體成型，包括基體、冷卻水道和高壓氣道，基體為片狀圓筒形結構，冷卻水道與高壓氣道呈環形依次排列于基體內外壁之間，兩者互不相通，并與基體環形內腔同軸。高壓氣道由徑向進氣孔經圓環狀集氣環后又形成若干切向進氣孔，切向進氣孔穿過冷卻水道上預留空隙，沿基體內壁切線進入到基體內腔中。本發明可以應用于航空航天領域氣動熱防護地面模擬試驗中的電弧加熱器，實現旋氣室一體化設計，簡化了旋氣室加工與安裝工序工時，能夠具有比傳統電弧加熱器旋氣室更低的故障率，提高旋氣室在工作狀態下的冷卻性能、力學性能以及使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種3D打印電弧加熱器旋氣室，屬于航空航天飛行器氣動熱地面模擬試驗裝置技術領域。

背景技術

電弧加熱器是地面試驗中模擬高超聲速熱障效應卓具成效的設備之一，在高超聲速飛行器熱防護的研究中占據著重要地位。當前，隨著高焓值大功率電弧加熱器設備的建成及投入使用，對加熱設備各分部件的性能提出了更高的要求。

目前，大多數類型的旋氣室殼體與進氣環之間采用整體套裝焊接方式進行連接。該結構導致旋氣室結構復雜度高，軸向結構冗余度高，加工周期長，制約著加熱器的結構設計和性能的提高。此外，在電弧加熱器大功率運行時，加熱器旋氣室內部的高溫高壓流場容易使得焊縫間隙滲水漏氣，導致試驗失敗。

鑒于以上問題，本發明提出一種新型電弧加熱器旋氣室，以提高旋氣室在工作狀態下的冷卻性能、力學性能及使用壽命。

發明內容

本發明的目的在于提供一種3D打印電弧加熱器旋氣室，該旋氣室通過3D打印增材制造技術一體化成型而成，其在工作狀態下的冷卻性能、力學性能及使用壽命相比整體套裝焊接式旋氣室均有較大提升。

本發明提供一種3D打印電弧加熱器旋氣室，包括基體，所述基體是由金屬通過3D打印增材制造技術一體化成型的片狀圓筒形結構，所述基體的中間設有一圓柱型內腔；所述基體的內壁和外壁間由內到外依次設有互不相通的冷卻水道和高壓氣道，所述冷卻水道的橫截面呈圓環形，且其與所述基體的外壁間設有多個進水孔，通過所述進水孔可向所述冷卻水道內通入冷卻水；所述高壓氣道包括集氣環及多個進氣孔，所述集氣環設于所述冷卻水道的外側，其橫截面呈圓環形，所述進氣孔分別設于所述集氣環與所述基體的內壁或外壁間，用于向所述內腔通入工作氣體。

優選地，所述圓柱型內腔的內壁面上設有內凹的橢圓型面，所述橢圓型面分別設于所述圓柱型內腔的同一中軸面的兩端處，且所述橢圓型面的橫截面的長軸位于所述圓柱型內腔的徑向方向。

優選地，所述進氣孔包括至少一徑向進氣孔及多個切向進氣孔，所述徑向進氣孔設于所述集氣環與所述基體的外壁間，且其軸線與外壁表面相垂直，所述切向進氣孔設于所述集氣環與所述基體的內壁間。

優選地，多個所述切向進氣孔均勻分布于所述集氣環與所述基體的內壁間，所述切向進氣孔沿所述基體的內壁的切線方向伸出并與所述集氣環相接通，工作氣體由所述徑向進氣孔進入所述集氣環內，并由所述切向進氣孔進入所述內腔中，形成緊貼內壁的環形冷氣膜，產生氣壓差將電弧壓縮在內腔的軸線附近。

優選地，所述集氣環及各所述進氣孔所在區域為向所述內腔通入工作氣體的進氣區域，沿旋氣室的軸線方向設有多個所述進氣區域。

優選地，所述冷卻水道上設有預留空隙，所述切向進氣孔由所述基體的內壁的切線方向穿過預留空隙，并與所述集氣環相接通。

優選地，所述切向進氣孔的軸線方向與旋氣室內電弧旋轉方向的切線方向一致，所述切向進氣孔內表面呈兩端粗中間細的拉瓦爾噴管型面，其中部為截面最小的喉道，所述喉道的直徑不小于2mm。

優選地，所述切向進氣孔的數量不少于8個。

優選地，所述冷卻水道與所述基體的內壁表面的距離不大于1mm。