[发明专利]石墨加热元件、石墨加热器及设计方法

说明书

本发明提供一种石墨加热元件、石墨加热器及设计方法，该石墨加热器包含n层石墨加热元件层(n≥1)，所述的n层石墨加热元件层构成轴对称的棱台结构，其中，每一层石墨加热元件层由若干个等腰梯形的石墨加热元件在周向上构成轴对称的封闭结构，构成每一层石墨加热元件层的石墨加热元件的底边组成正多边形，且各层正多边形的边数一致，每个正多边形的外接圆平行且同轴，第i+1层的石墨加热元件层的上表面与第i层石墨加热元件层的正多边形底面共面且形状相同，i＝1,2,…n。本发明通过将石墨加热元件设计成等腰梯形结构，不仅能够有效的减少元件的规格和数量，互换性强、安装便利；而且对于不同尺寸的回转体或类似回转体结构，有一定的通用性、减少试验费用开支。

技术领域

本发明属于飞行器结构热试验的技术领域，涉及一种石墨加热元件、石墨加热器及设计方法，具体涉及一种用于回转体或类似于回转体的试验件的石墨加热元件、石墨加热器及设计方法。

背景技术

随着飞行器飞行的马赫数越来越高，相应的气动加热问题亦越来越严重，其局部最高温度为1400℃以上，瞬时热流密度可达1.2MW/m²以上，这对传统式地面环境结构热试验提出了更高的技术要求。

在传统的石英灯加热温度只能达到1200℃～1300℃的情况下，石墨因其加热温度高、强度好、热导性能良等优点更多的被用作结构热试验中的辐射加热元件；但相较于技术非常成熟的石英灯加热，石墨的起步较晚，石墨加热器的设计方法更多的只能参照石英灯加热器。

为有效的保障辐射加热效果的实现性，结构热试验中的石英灯、石墨等加热器均采用依照试验件外形的随行设计方法。目前，石墨加热器的核心部件石墨加热元件通常参照石英灯，被设计成U型、S型、波形等棒状结构。当被加热试验件为常规的方形、圆形时，棒状结构石墨加热元件构成的石墨加热器能够很好的实现辐射加热效果；但当试验件为回转体或类似于回转体结构时，例如圆锥形结构，此种棒状结构的石墨加热器不仅会造成所需元件的规格和数量众多、生产加工周期长、费用高，而且元件两端的机械连接空间小、操作繁琐、安装过程易发生折断。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

为解决上述问题，本发明提出一种石石墨加热元件、石墨加热器及设计方法，本发明提供的石墨加热器、设计方法及所用石墨加热元件尤其适用于回转体或类似于回转体试验件的结构热试验。

本发明的技术解决方案：

一方面，本发明提供一种石墨加热器，该石墨加热器包含n层石墨加热元件层(n≥1)，所述的n层石墨加热元件层构成轴对称的棱台结构，其中，每一层石墨加热元件层由若干个等腰梯形的石墨加热元件在周向上构成轴对称的封闭结构，构成每一层石墨加热元件层的石墨加热元件的底边组成正多边形，且各层正多边形的边数一致，每个正多边形的外接圆平行且同轴，第i+1层的石墨加热元件层的上表面与第i层石墨加热元件层的正多边形底面共面且形状相同，i＝1,2,…n。

进一步的，所述的石墨加热元件层的轴截面底角θ相同；

进一步的，所述的石墨加热元件层的轴截面底角θ的确定如下：根据试验件尺寸以及其加热距离要求，设计一圆锥，该圆锥与试验件之间满足：1)该圆锥可将所述的试验件包裹在其内部，且2)该圆锥的高度和轴截面底角满足试验件加热距离的要求；因此，可以确定出该圆锥的高度和轴截面底角；令该轴截面底角即为所述的θ；

进一步的，所述每层石墨加热元件层中，各石墨加热元件均相同。

进一步的，所述每层石墨加热元件层中，石墨加热元件元件的数量均相同，且不少于3个；