[发明专利]一种石墨加热器

说明书

技术领域

本发明属于热环境技术领域，具体涉及一种为导弹等高速飞行器结构热试验提供高热流的石墨加热器

背景技术

模拟导弹等飞行器结构气动热环境所需要的加热器需要能够提供快速变化的热流条件，并且根据试验对象的形状需要可以组合成所需要的形状。而目前进行飞行器结构热试验一般采用石英灯加热器，根据试验需要进行结构设计，但是普通石英灯加热器能够提供的最大加热热流约为1200kW/m²，经过模块化特殊设计的石英灯加热器最大能力为1600kW/m²，超过此值后石英灯加热器无能为力。

石墨作为加热元件被广泛应用于高温炉领域，在金属热处理、石油化工、晶体制造(如石英玻璃)等行业得到广泛应用，一般采用长条一字形石墨块组合成圆筒形或者方形的箱体，通电后形成所需要的高达2000℃以上的高温环境，加热温升率一般低于每秒10℃，加热热流变化率低于10kW/m²·s一般最快需要几分钟的时间加热到所需要的高温环境。但目前国内没有将应用于航天飞机等局部结构的热试验的石墨加热器的相关报道了；资料中美国NASA曾使用石墨加热器用于航天飞机等局部结构的热试验，但图片模糊，并且无相关的技术资料可以查询。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，根据石墨加热的特点，提供一种可以满足高热流结构热试验场合加热需要的石墨加热器。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为，一种石墨加热器，包括主反射器、侧反射器、石墨加热元件、电源汇流机构、绝缘机构、集水器、安装支撑机构、冷却水箱和补偿端；其中主反射器、侧反射器、电源汇流机构和冷却水箱均为中空通水冷却结构，均开有进水口和出水口，石墨加热元件为细长U型结构，主反射器和侧反射器均为平板式结构，其尺寸与石墨加热元件相匹配，绝缘机构为方U型结构，主反射器的两端连接固定有2个绝缘机构；在2个绝缘机构之间平行设置有2组集水器，一组为进水集水器，一组为排水集水器，两件结构完全相同，中均设有一个内径较大的水管接口，内径较大的水管接口两边设有6个内径较小的水管接口，每组集水器通过与其上下两端焊接固定的2个安装支撑机构与2个绝缘机构相对的一侧U型壁固定连接；2个绝缘机构的外侧U型壁分别和2个电源汇流机构、1个冷却水箱固定连接；2个绝缘机构的两侧U型端面上各固定连接一个侧反射器；电源汇流机构通过其下部的支撑杆和绝缘机构的外侧U型壁固定连接，电源汇流机构的一侧为加热元件安装面，加热元件安装面配打螺纹孔，通过螺钉与石墨加热元件的两个电极固定连接；补偿端正对石墨加热元件的一面上配打腰形孔，通过双耳结构与石墨加热元件的U型底端连接固定，另一端为螺栓杆；冷却水箱外形为长方体，其一面设置有滑槽，与滑槽相邻面设有螺栓杆，通过螺栓杆与绝缘机构的外侧U型壁固定连接，通过滑槽与补偿端的双耳结构连接；补偿端通过螺栓杆与石墨加热元件的U型底部固定连接；安装后主反射器、侧反射器和石墨加热元件呈平行设置；进水集水器内径较大的水管接口为进水口，连接外部进出水管，内径较小的6个水管接口分别与冷却水箱、主反射器和2个侧反射器、2个电源汇流机构的各个进水口通过软管相连接，排水集水器内径较大的水管接口与排水管相连，内径较小的6个水管接口分别与电源汇流机构、冷却水箱、主反射器和2个侧反射器的各个出水口通过软管相连接。

进一步，所述石墨加热元件的U型臂间距不小于7mm。

进一步，所述两个电源汇流机构的间距不小于5mm。

进一步，所述主反射器和侧反射器采用抛光铝板制造，面向石墨加热元件的一侧采用剖光镀金处理。

进一步，所述绝缘机构采用胶木板材料加工。

本发明根据石墨加热的使用特点，进行了石墨加热器的模块化设计：对石墨加热元件进行了U型设计，便于多组加热模块的串联；可拆卸的侧反射器的设计，方便了加热器模块的多组联合扩展使用，可以满足平板、圆柱形、圆锥形等各种形状和大小的物体的加热需要；根据结构试验需要组合拼装成各种形状，可提供的最大加热热流超过3000kW/m²，最大加热热流变化率超过200kW/m²/s，并可以按照设定的控制曲线进行精确控制，弥补了石英灯加热器和国内现有石墨加热器的不足，能够满足高热流试验的加热需要。

附图说明

图1为石墨加热器的俯视图。

图2为石墨加热器的侧视图。

图3为石墨加热器的仰视图。

图4为电源汇流机构的剖视图。

图5为冷却水箱外形示意图。