[发明专利]一种柔性材料加热器及加热测试试验方法

说明书

本发明提供了一种柔性材料加热器及加热测试试验方法，在柔性加热体两端安装铜电极，将铜电极连接电源，形成柔性材料加热器；将柔性材料加热器和热结构试验件放入充满氮气的密封箱；将柔性材料加热器铺设在热结构试验件的上表面，保持面接触，对柔性材料加热器通电实现热结构试验件加热；测试热结构试验件的温度场分布。柔性材料加热器可以同时进行高温、高压测试，比如石墨纤维可以实现1300℃高温、高压测试。该测试方法可以适应复杂曲面的加热、加压，这是目前通用的辐射、对流以及一般面面热传导方法无法做到的。

技术领域

本发明属于飞行器结构热强度试验领域，具体涉及柔性加热材料的加热测试试验方法。

背景技术

飞行器地面热强度试验中，加热技术是其中的关键技术，目前常用的加热技术有石英灯管辐射加热、电阻丝接触加热、高温燃气对流加热等加热技术。其中石英灯管辐射加热技术的特点是可控性好、温升快、温度高。电阻丝接触式加热具有加热温度高、性能稳定等特点。高温燃气对流加热温度高，温升快。其中石英灯管辐射加热温度最高可以达到1200℃，温升最高可以达到100℃/s。电阻丝接触加热最高温度可以达到1000℃，这种加热方法温升较慢，一般情况下温升不超过10℃/s。高温燃气对流加热方法是使用温度最高的，温升最快的一种加热方法，其加热的最高温度为1800℃，瞬间加热。目前这几种加热方法使用范围很广，但是有很多缺点。比如石英灯管最大温升目前到1200℃，且加热试验件的温度场并不是很均匀。接触式加热器目前的最高温度为1000℃，温度再高电热丝容易氧化熔断，也同样存在加热试验件温度场不均匀。高温燃气对流加热方法可控性较差。柔性材料加热方法是目前一种新的加热方法，比如石墨纤维加热，该种方法最高温度可以达到2000℃，目前在试验室实现了温升率57℃/s，由于其致密的纤维编制，提供的温度场均匀。

一般柔性加热材料的电极设计比较简单，对于碳纤维布而言，一般的电极设计可以进行加热，但是由于接触不良会引起局部电流过大或者过小的情况发生，最终导致碳纤维布过早高温烧坏而无法继续加热。

发明内容

本发明的目的是设计一种改进型的柔性加热材料电极，测试碳纤维材料在改进电极条件下的加热情况以及寿命情况。

技术方案：

一种柔性材料加热器，由柔性加热体和具有自锁结构的铜电极组成，铜电极安装于柔性加热体两相对端，柔性加热体由导电柔性材料制备。

优选的，柔性加热体采用布状的碳纤维，所形成的柔性材料加热器为碳纤维加热器。

优选的，铜电极包括上、下两部分，上、下两部分之间互相啮合且可拆卸连接，位于上部的铜电极设置有接线端，柔性加热体端部由铜电极上、下两部分之间的啮合面夹住。具有自锁结构的铜电极采用金属材料热膨胀的物理特性，设计了凹凸“自锁”结构，并设计了适合特定材料厚度间隙的电极方式进行电流传导。该方式极大的提高了柔性加热体的温度均匀性以及使用寿命。

使用柔性加热器进行加热测试的试验方法，包括如下步骤：

(1)在柔性加热体两端安装铜电极，将铜电极连接电源，形成柔性材料加热器；(2)将柔性材料加热器和热结构试验件放入充满氮气的密封箱；(3)将柔性材料加热器铺设在热结构试验件的上表面，保持面接触，对柔性材料加热器通电实现热结构试验件加热；(4)测试热结构试验件的温度场分布。该种方法通过将柔性加热器铺设在热结构试验件表面，给柔性加热器通电实现热结构试验件加热。在整个加热过程中，为了防止高温环境柔性加热器氧化严重，设计了将柔性加热器放置在密封箱中通氮气降低氧化程度。通过这些方法保证热结构试验件热强度试验的高可靠性。

优选的，在柔性材料加热器的上表面覆盖有绝缘材料，使得柔性材料加热器下表面与热结构试验件上表面有紧密的面接触。

优选的，步骤(3)中使用温度采集板，温度采集板由耐高温绝缘材料制备，在温度采集板上布置温度采集孔，通过在温度采集孔内设置温度传感器对柔性加热体进行温度测量。