[发明专利]一种螺旋形大流量超高温空气电加热器

说明书

本申请公开了一种螺旋形大流量超高温空气电加热器，涉及空气加热技术领域。所述电加热器包括上封头、圆筒、下封头、冷却气进气管道、冷却气出气管道、进气管道、出气管道、螺旋通道、多根硅钼棒、多个陶瓷棒、通道底座和通道盖板。本申请为达到至少1650K的空气温度，本发明选用硅钼棒作为电阻发热元件，硅钼棒元件最高可在1800℃棒温下长期工作不变形不断裂，是一种良好的适用于高温气氛的加热元件。数十根硅钼棒在螺旋通道内串联在一起组成连续式加热装置，具有结构简单、空间利用率高、通道热变形小、加热后空气纯净、加热温度高的特点，能够满足高超声速飞行器地面验证试验高温进气需求。

技术领域

本申请涉及空气加热技术领域，特别是涉及一种可以提供高超声速飞行器地面验证试验所需大流量超高温来流空气的螺旋形电加热器。

背景技术

高超声速飞行器在高马赫数飞行时，高超声速气流在进气道内经过多道激波会逐渐减速到亚声速状态，气体动能转化为热力学能导致其减速后为超高温气体，例如马赫6飞行速度下，气流总温可高达1650K。为了在地面状态验证飞行器各部件的热力学性能，需要建造空气加热装置提供大流量超高温空气以模拟飞行器高超声速飞行时的高温气流。

目前为止，最实际和常用的连续式超高温空气加热方式主要有电弧加热、燃烧加热、蓄热加热、电阻加热等。以电弧加热为例，电弧加热存在NOx、电极污染和流动不均匀性等问题。

因此，亟需研制出一种能够满足高超声速飞行器地面验证试验高温进气需求，且加热后空气纯净的电加热器。

发明内容

本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。

本申请提供了一种螺旋形大流量超高温空气电加热器，包括：

上封头、圆筒及下封头，由上至下通过法兰顺序连接，共同形成电加热器的外壳；

冷却气进气管道和冷却气出气管道，相对设置在所述上封头处并与其内部连通；

进气管道和出气管道，设置在下封头处并作为空气进气通道和出气通道，所述进气管道及所述出气管道内布置有对应的保温层，以减少热损失；

螺旋通道，是由耐高温材料浇注而形成空气流道，布置在所述圆筒内，所述螺旋通道与所述圆筒之间设有保温层；

多根硅钼棒，按顺序串联排列在所述螺旋通道内，用于加热；

多个陶瓷棒，并排嵌在所述螺旋通道内并处于每根硅钼棒的下游位置处，用于加强所述螺旋通道整体结构强度以及阻挡高温下硅钼棒变形；

通道底座，形成在所述下封头的内壁处，由耐高温材料浇注而成，用于支撑所述螺旋通道，所述通道底座中与所述进气管道和所述出气管道对应的位置设有通气孔，以将所述进气管道和所述出气管道与所述螺旋通道连通；和

通道盖板，由耐高温材料浇注料浇注而成，安装在所述圆筒的顶部位置处，用于所述螺旋通道的气体密封，还用作所述多个硅钼棒的承力结构。

可选地，所述进气管道配置为低温空气进入所述电加热器的接口，所述出气管道配置为是加热空气流出所述电加热器的接口，所述进气管道、所述螺旋通道及所述出气管道配置成：低温空气从所述进气管道流入所述通道底座及所述螺旋通道，向上流遇到所述通道盖板后，拐弯沿所述螺旋通道的螺旋线方向向内流动，空气与通电发热的高温硅钼棒对流换热，同时也与受硅钼棒辐射加热的高温通道壁对流换热温度升高，最终在所述螺旋通道末端汇聚向下，经过所述通道底座从所述出气管道流出加热器。

可选地，所述冷却气进气管道与所述冷却气出气管道是另外的稍高于加热空气压力的冷空气进、出所述电加热器的接口，用于所述通道盖板与所述上封头组成空间内硅钼棒热端及电气连接件的冷却。