[实用新型]一种3D打印电弧加热器旋气室

说明书

本实用新型提供了一种3D打印电弧加热器旋气室，旋气室采用金属3D打印增材制造技术加工并一体成型，包括基体、冷却水道和高压气道，基体为片状圆筒形结构，冷却水道与高压气道呈环形依次排列于基体内外壁之间，两者互不相通，并与基体环形内腔同轴。高压气道由径向进气孔经圆环状集气环后又形成若干切向进气孔，切向进气孔穿过冷却水道上预留空隙，沿基体内壁切线进入到基体内腔中。本实用新型可以应用于航空航天领域气动热防护地面模拟试验中的电弧加热器，实现旋气室一体化设计，简化了旋气室加工与安装工序工时，能够具有比传统电弧加热器旋气室更低的故障率，提高旋气室在工作状态下的冷却性能、力学性能以及使用寿命。

技术领域

本实用新型涉及一种3D打印电弧加热器旋气室，属于航空航天飞行器气动热地面模拟试验装置技术领域。

背景技术

电弧加热器是地面试验中模拟高超声速热障效应卓具成效的设备之一，在高超声速飞行器热防护的研究中占据着重要地位。当前，随着高焓值大功率电弧加热器设备的建成及投入使用，对加热设备各分部件的性能提出了更高的要求。

目前，大多数类型的旋气室壳体与进气环之间采用整体套装焊接方式进行连接。该结构导致旋气室结构复杂度高，轴向结构冗余度高，加工周期长，制约着加热器的结构设计和性能的提高。此外，在电弧加热器大功率运行时，加热器旋气室内部的高温高压流场容易使得焊缝间隙渗水漏气，导致试验失败。

鉴于以上问题，本实用新型提出一种新型电弧加热器旋气室，以提高旋气室在工作状态下的冷却性能、力学性能及使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种3D打印电弧加热器旋气室，该旋气室通过3D打印增材制造技术一体化成型而成，其在工作状态下的冷却性能、力学性能及使用寿命相比整体套装焊接式旋气室均有较大提升。

本实用新型提供一种3D打印电弧加热器旋气室，包括基体，所述基体为通过3D打印增材制造技术一体化成型的片状圆筒形金属件，所述基体的中间设有一圆柱型内腔；所述基体的内壁和外壁间由内到外依次设有互不相通的冷却水道和高压气道，所述冷却水道的横截面呈圆环形，且其与所述基体的外壁间设有多个进水孔，通过所述进水孔可向所述冷却水道内通入冷却水；所述高压气道包括集气环及多个进气孔，所述集气环设于所述冷却水道的外侧，其横截面呈圆环形，所述进气孔分别设于所述集气环与所述基体的内壁或外壁间，用于向所述内腔通入工作气体。

优选地，所述圆柱型内腔的内壁面上设有内凹的椭圆型面，所述椭圆型面分别设于所述圆柱型内腔的同一中轴面的两端处，且所述椭圆型面的横截面的长轴位于所述圆柱型内腔的径向方向。

优选地，所述进气孔包括至少一径向进气孔及多个切向进气孔，所述径向进气孔设于所述集气环与所述基体的外壁间，且其轴线与外壁表面相垂直，所述切向进气孔设于所述集气环与所述基体的内壁间。

优选地，多个所述切向进气孔均匀分布于所述集气环与所述基体的内壁间，所述切向进气孔沿所述基体的内壁的切线方向伸出并与所述集气环相接通，工作气体由所述径向进气孔进入所述集气环内，并由所述切向进气孔进入所述内腔中，形成紧贴内壁的环形冷气膜，产生气压差将电弧压缩在内腔的轴线附近。

优选地，所述集气环及各所述进气孔所在区域为向所述内腔通入工作气体的进气区域，沿旋气室的轴线方向设有多个所述进气区域。

优选地，所述冷却水道上设有预留空隙，所述切向进气孔由所述基体的内壁的切线方向穿过预留空隙，并与所述集气环相接通。

优选地，所述切向进气孔的轴线方向与旋气室内电弧旋转方向的切线方向一致，所述切向进气孔内表面呈两端粗中间细的拉瓦尔喷管型面，其中部为截面最小的喉道，所述喉道的直径不小于2mm。

优选地，所述切向进气孔的数量不少于8个。

优选地，所述冷却水道与所述基体的内壁表面的距离不大于1mm。