一种用于发动机燃烧室实验系统的电阻加热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机实验技术领域，具体地说，涉及一种用于发动机燃烧室实验系统的电阻加热器。
【背景技术】
[0002]现有公开的技术文献中，用于燃烧室直连式实验系统的加热器大多采用燃烧加热器，实验气体存在有污染的问题，实验结果不能直接用于评估实际飞行条件下的发动机性能。而从公开文献报道来看，目前应用于超燃冲压发动机试验研宄的典型电阻加热试验系统主要包括以下种类:
[0003]俄罗斯中央流体研宄院(TASGI)设计总温为1200K的蓄热式电阻加热器系统，单台功率75kW，但结构复杂，价格较高。
[0004]美国维吉尼亚大学宇航研宄实验室(Aerospace Research LaboratoryUniversity of Virginia)研制的超燃冲压发动机燃烧室实验设备，该设备采用十四级的电阻加热器，加热器出口气流为纯净高温空气，最高温度为1160K，流量为0.75kg/s，功率为1200KW ;燃烧室进口 Ma数为2.1，总温为1160K，总压为0.33MPa。该加热器体积庞大，加热器长度为6.3m，结构复杂，运行成本较高。
[0005]中国空气动力研宄与发展中心、北京空气动力研宄所、南京航空航天大学研制的电阻加热器，模拟飞行马赫数的范围有限，电阻加热器出口温度均未达到1000K，运行费用也较高。
【发明内容】
[0006]为了避免现有技术存在的电阻加热设备结构复杂、体积庞大和运行成本较高的不足，本发明提出了一种用于发动机燃烧室实验系统的电阻加热器，用于模拟超音速和高超音速飞行状态的高温、高压、高Ma数和气体中氧气组分并且实验工质无污染的超音速燃烧室性能实验研宄，评估来流污染带来的相关问题；电阻加热器结构简单、稳定运行时间长、工作连续、运行成本低。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括加热器壳体、内筒、薄壁管加热体、法兰、火线电极、零线电极，其特点是:采用薄壁管加热体作为加热元件，内筒与薄壁管加热体固定在加热器壳体内，内筒通过法兰安装在薄壁管加热体外层，薄壁管加热体与内筒、加热器壳体共同组成气流涵道，加热器壳体两端部有法兰，加热器壳体端部的出气口通过法兰与试验段的管路连接，加热器壳体侧壁上的进气口与供气气源连接，加热器壳体内壁有绝缘层，火线电极供电端通过绝缘螺钉紧固在加热器壳体上，薄壁管加热体通过火线电极与电源相连接，零线电极固连在加热器壳体侧壁下面。
[0008]所述薄壁管加热体采用耐高温合金钢材料。
[0009]所述薄壁管加热体在内筒中周向均布为单层或多层结构的任意一种。
[0010]有益效果
[0011]本发明提出的一种用于发动机燃烧室实验系统的电阻加热器，用于模拟超音速和高超音速飞行状态的高温、高压、高Ma数和气体中氧气组分并且实验工质无污染的超音速燃烧室性能实验研宄，评估来流污染带来的相关问题。电阻加热器采用耐高温合金钢制成薄壁管加热体作为加热元件，内筒与薄壁管加热体固定在加热器壳体内，薄壁管加热体与内筒、加热器壳体共同组成气流涵道；当380V的电压加载于薄壁管加热体上，使薄壁管加热体发热，被加热的冷空气通过薄壁管内外流动进行强迫对流换热，出口温度可达1000K ;能在非常接近实际飞行条件的超音速和高超音速风洞中进行实验。
[0012]本发明用于发动机燃烧室实验系统的电阻加热器结构简单，稳定运行时间长，工作连续、运行成本低。
【附图说明】
[0013]下面结合附图和实施方式对本发明一种用于发动机燃烧室实验系统的电阻加热器作进一步的详细说明。
[0014]图1为本发明用于发动机燃烧室实验系统的电阻加热器示意图。
[0015]图2为电阻加热器出口气流温度测量曲线。
[0016]图3为电阻加热器温度为1000K时加热器出口参数测量曲线。
[0017]图4为电阻加热器温度为900K时加热器出口参数测量曲线。
[0018]图5为电阻加热器温度为700K时加热器出口参数测量曲线。
[0019]图中:
[0020]1.火线电极2.零线电极3.加热器壳体4.内筒5.薄壁管加热体6.进气口
7.出气口 8.法兰
【具体实施方式】
[0021]本实施例是一种用于发动机燃烧室实验系统的电阻加热器。
[0022]参阅图1，用于发动机燃烧室实验系统的电阻加热器由薄壁管加热体5、内筒4、加热器壳体3、火线电极1、零线电极2、法兰8，以及冷空气进气口 6和高温气体出气口 7构成。电阻加热器的进气口 6与供气气源相连接，电阻加热器的出气口 7通过法兰8与试验段的管路相连接，在承压下不漏气。薄壁管加热体5通过火线电极I与380v电源连接。零线电极2连接在加热器壳体3侧壁下面接地。试验时气源中的气流从冷空气进气口 6进入到电阻加热器中，经内筒4的外壁面流入由薄壁管加热体5与内筒4、加热器壳体3共同组成的气流涵道。薄壁管发热体5由高温合金钢材料制成，当电压加载于薄壁管发热体5上时，使薄壁管发热体5发热，被加热的冷空气通过薄壁管发热体5内外流动进行强迫对流换热，从高温气体出气口 7流出。薄壁管加热体5强度较高，在高温高速气流的冲击下不会因为发热体损坏而中途停止试验。薄壁管加热体5的结构形式具有较高的加热效率，薄壁管加热体5管壁的平均温度与空气的平均温度差值小，结构重量轻Γ薄壁管加热体5热容量小，与空气在管内外强迫对流换热，其升温和降温速率快，可达10°C /S。内筒4在薄壁管加热体5外层，用于固定薄壁管加热体5，并作为薄壁管加热体5的支撑，同时将冷热空气隔绝；薄壁管加热体5在内筒4中周向均布为单层或多层结构，增加其强迫对流换热的长度，使高温气流出口温度均匀。加热器壳体3为电阻加热器的最外层，加热器壳体3内壁有绝缘层，火线电极I供电端通过绝缘螺钉紧固在加热器壳体3上，薄壁管加热体5通过火线电极I与电源相连接，用于电阻加热器的安全防护；当电阻加热器工作时，内筒4的气流被加热到600°C时，加热器壳体3的表面温度范围在50°C，使用安全。
[0023]本实施例选用智能温度数字PID调节仪表SR73A和150kVA可控硅调功器对加热器进行功率控制，可实现对加热器的手动调节，亦可根据所需要的温度进行自动调节。
[0024]本实施例所达到的主要技术指标如下:
[0025]1.电加热器额定功率N = 125KW。
[0026]2.可承受最大的压力为Pmax= 3MPa。
[0027]3.当功率为N= 125KW，进口空气温度为293K，空气流量为0.14kg/s时，加热器的出口温度可达1023K ;当空气流量为0.56kg/s，加热器出口温度可达473K。
[0028]图2为试验中不同温度下电阻加热器出口气流温度测量曲线，加热器出口温度分别为1000K、900K、800K、700K，升温时间小于200秒。根据目前的气源容量，设备稳定工作时间可达到30秒。
[0029]图3?图5为电阻加热器温度分别为1000Κ、900Κ、700Κ时加热器出口参数的测量曲线。通过实验系统的电阻加热器完成了大量超燃冲压发动机燃烧室的相关实验研宄。而且能在非常接近实际飞行条件的超音速和高超音速风洞中进行实验。
【主权项】
1.一种用于发动机燃烧室实验系统的电阻加热器，包括加热器壳体、内筒、薄壁管加热体、法兰、火线电极、零线电极，其特征在于:采用薄壁管加热体作为加热元件，内筒与薄壁管加热体固定在加热器壳体内，内筒通过法兰安装在薄壁管加热体外层，薄壁管加热体与内筒、加热器壳体共同组成气流涵道，加热器壳体两端部有法兰，加热器壳体端部的出气口通过法兰与试验段的管路连接，加热器壳体侧壁上的进气口与供气气源连接，加热器壳体内壁有绝缘层，火线电极供电端通过绝缘螺钉紧固在加热器壳体上，薄壁管加热体通过火线电极与电源相连接，零线电极固连在加热器壳体侧壁下面。
2.根据权利要求1所述的用于发动机燃烧室实验系统的电阻加热器，其特征在于:所述薄壁管加热体采用耐高温合金钢材料。
3.根据权利要求1所述的用于发动机燃烧室实验系统的电阻加热器，其特征在于:所述薄壁管加热体在内筒中周向均布为单层或多层结构的任意一种。
【专利摘要】本发明公开了一种用于发动机燃烧室实验系统的电阻加热器,用于模拟超音速和高超音速飞行状态的高温、高压、高Ma数和气体中氧气组分并且实验工质无污染的超音速燃烧室性能实验研究，评估来流污染带来的相关问题。电阻加热器采用耐高温合金钢制成薄壁管加热体作为加热元件，内筒与薄壁管加热体固定在加热器壳体内，薄壁管加热体与内筒、加热器壳体共同组成加热气涵道；当380V的电压加载于薄壁管加热体上,使薄壁管加热体发热，被加热的冷空气通过薄壁管内外流动进行强迫对流换热，出口温度可达1000K；能在非常接近实际飞行条件的超音速和高超音速风洞中进行实验。电阻加热器结构简单、稳定运行时间长、工作连续、运行成本低。
【IPC分类】F24H9-18, F24H3-04
【公开号】CN104748371
【申请号】CN201510127330
【发明人】宋文艳, 樊庆骦, 陈亮, 李建平, 肖隐利, 张冬青
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月23日