[发明专利]一种非密闭空间石墨加热系统及其加热方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨加热领域，具体来说，是一种应用于环境模拟试验平台的满足结构热试验需求的一种加热技术。

背景技术

近空间高超声速飞行器会遇到极高的温度和热流密度，这将对飞行器产生诸多不利的影响。从国外高超声速飞行器发展的历史来看，任何一架高超声速飞机，试飞前都必须在试验室进行大量的热试验。

国外目前发展了利用大功率石墨加热元件的热环境模拟技术，国内也开始了这方面的尝试。石墨加热技术原理较为简单，但利用其进行大功率的热环境模拟时，尚有许多技术细节需要完善，其中较为突出的是石墨加热元件需要在真空或保护性气体的环境中工作，而现有的石墨加热技术都是利用很大的真空容器容纳石墨加热系统，然后对试件加热。但很大的真空容器的真空环境难以实现，且价格昂贵，故对此实验方案而言可能不太合理。

发明内容

为了解决上述问题，本发明将石墨加热元件置于半开放的空间之中，将氮气喷射到石墨加热元件表面形成一种保护性的气膜，通过石墨电极的发热，利用热辐射方式加热试验件加热。

一种非密闭空间石墨加热系统，在实验舱内部设置m个石墨加热片，m≥3，通过m个石墨加热片围成试件放置空间，对试件进行均匀加热；实验舱中还设置有供氮管道，通过供氮管道向m个石墨加热片上喷洒氮气，使m个石墨加热片表面形成一层保护性气体膜；实验舱内侧壁铺设有水冷壁，通过水冷壁冷却供氮管道中的氮气，同时防止石墨加热片的热量向外界散失；实验舱顶部设置有用来排出实验舱内部氮气的排气系统。

本发明一种非密闭空间石墨加热系统，包括实验舱、水冷壁、石墨加热片、供氮系统与排氮系统。

基于上述非密闭空间石墨加热系统的加热方法，通过下述步骤完成：

步骤1：放入试件；

将试件放入实验舱中石墨加热片围成的试件放置空间中。

步骤2：通入氮气；

通过供氮管道向实验舱石墨加热片表面喷洒氮气；待石墨加热片表面各自形成一个保护性气体环境；同时应开启排气系统，将氮气从实验舱内排出。

步骤3：石墨加热片通电，进行试件加热；

同时为石墨加热片通电，直到试件表面的温度达到实验要求。

步骤4：停止试件的加热；

当试件加热至实验要求温度时，将石墨加热片断电，停止石墨加热片对试件的加热；供氮管道保持氮气供给，至石墨加热片完全冷却后，供氮管道停止氮气供给，完成试件的加热。

本发明的优点在于：

1、本发明非密闭空间石墨加热系统将石墨加热片置于开放的实验舱中，加热的过程中将氮气喷射到石墨加热片表面形成一种保护性的气膜，石墨加热片无需装入真空容器中，节省材料，减少投资成本，且易实现；

2、本发明非密闭空间石墨加热系统通过排氮系统将氮气排至室外，降低了室内空气中氮气的浓度，减少了污染；

3、本发明非密闭空间石墨加热系统及加热方法，通过自动调节阀和压力传感器控制氮气的流量，使氮气的供给方便、快捷。

附图说明

图1为本发明非密闭空间石墨加热系统俯视剖视图；

图2为本发明非密闭空间石墨加热系统中排氮系统结构示意图；

图3为本发明非密闭空间石墨加热系统中水冷壁内循环水冷管道结构布局示意图；

图4为本发明本发明非密闭空间石墨加热系统中供氮系统安装结构示意图。

图中：

1-实验舱    2-水冷壁    3-石墨加热片    4-供氮系统

5-排氮系统  6-试件      101-排气口      201-循环水冷管道

202-进水阀门    203-出水阀门    401-供氮管道    402-喷嘴

403-喷嘴阀门    404-流量计      405-自动调节阀  501-排气罩

502-排气管道    503-排气泵      504-排气阀门

具体实施方式

下面结合附图来对本发明作出进一步说明。

本发明的非密闭空间石墨加热系统包括实验舱1、水冷壁2、石墨加热片3、供氮系统4与排氮系统5，如图1、图2所示。