本实用新型专利技术公开一种液体冷却夹层的卤素灯与模块化平面加热装置，包括液体冷却夹层卤素灯结构、平面加热装置结构、部分零部件的技术处理；其中，平面加热装置用于布置内部冷却管路、电气线路、与固定卤素灯；由液体冷却夹层卤素灯结构组成的灯管组负责对表面加热；通过部分零部件的技术处理，优化在加热过程中，灯管的冷却性能与灯结构件的冷却性能。本实用新型专利技术克服了传统燃气热冲击及等温热循环试验装置成本高、噪音大、效率低及无法模拟梯度温度环境的缺点，克服了传统石英灯加热装置，无法对不同加热面适应性使用同时进行强制冷却的缺点，并将石英灯平面正常加热温度极限提升到了1700℃，实现了经济、安全、清洁、安静和高效的加热试验。
【技术实现步骤摘要】
一种液体冷却夹层的卤素灯与模块化平面加热装置
本技术涉及一种液体冷却夹层的卤素灯与模块化平面加热装置，适用于大面积复杂异型结构复杂热环境加热实验，可用于高超声速飞行器、航空发动机等极端热环境试验模拟。
技术介绍
在过去的几十年中，世界各国对高超声速飞行器越来越重视，我国高超声速飞行器的发展也正在寻求新的突破，飞行器高超声速飞行后出现的气动加热现象非常严重，飞机以马赫数3飞行时，其表面驻点温度就可高达500℃，马赫数为8-9的高超音速巡航导弹弹翼前缘温度将超过1200℃。由于气动热产生的高温，会降低材料的强度极限和飞行器结构的承载能力，使飞行器材料产生热变形，破坏部件的气动外形并影响安全飞行。为保证高速飞行器的安全，确认飞行器材料是否能经得起高速飞行时所产生的热冲击及高温热应力破坏，必须对高速飞行器所使用的材料与结构进行静、动态的气动热模拟试验与热-载联合试验。模拟飞行材料在高速飞行时的受热状况，测试并分析瞬态热冲击条件下材料的热强度、热应力、热变形、热膨胀量等高温力学性能参数的变化对飞行安全的影响。目前对于高超声速飞行器大型复杂曲面气动加热实验问题，当前的方法为采用定制化加热设备，根据所需加热形面搭建与之适应的支架，支架间布置裸露的卤素灯加热管，对曲面进行加热测试。其中，卤素灯加热管不做强制冷却；卤素灯灯管的电线直接接入加热控制电源总线。实验过程中，首先将加热曲面推入到加热设备的支架内。传统的加热方式有以下几个问题：1、裸露的卤素灯加热管，灯管背部辐射不用高效地利用到加热过程。2、卤素灯灯管不做强制冷却，其加热极限受到灯管极限耐温限制。3、单一化定制设备，不具有对于不同类型、大小的曲面气动加热试验适应性。4、高超声速飞行器气动加热的温度场分布复杂，对于定制设备，控制系统编写难度大，实验周期长。同时，在过去的几十年中，薄膜基底系统的研究已经成为材料科学与工程领域发展中的主题之一，固态薄膜已成功应用于电子、信息、航天航天、医药等诸多领域的多种工程系统，并实现了多种功能。例如集成电路中的薄膜器件、柔性微机电系统中的薄膜传感器、高温热端部件表面的隔热涂层以及摩擦磨损零件表面的耐磨涂层。然而，薄膜基底系统中薄膜材料与基底材料自身材料属性的不匹配，往往会导致薄膜产生足够大的内应力，造成薄膜的脱层、断裂，甚至失效。对于以热障涂层为代表的高温隔热涂层而言，热失配引起的内应力是导致涂层系统剥离失效的主要原因之一，热冲击性能是评价高温隔热涂层服役性能的主要实验手段。目前，高温隔热涂层热冲击性能大多通过燃气热冲击试验装置或者等温热循环试验装置完成。燃气热冲击试验装置的基本原理是利用高温火焰喷枪产生高温高速火焰直接加热被测试样，同时利用压缩空气对试样的背面进行冷却，保持一段时间后停止加热，继续利用压缩空气使被测试样降至常温，完成一次热冲击，然后以此循环，实现温度梯度环境下的热冲击测试。然而，以热障涂层为例，在燃气加热1250℃、保温5min、压缩空气强制冷却至常温以及表面剥离15％认定为失效的情况下，其热冲击寿命往往可达8000次以上，一次完整的实验往往需要耗费数月，这对实验操作的可行性及可重复性带来了巨大困难。总体来说，传统的热冲击性能评价方式存在以下几个方面的问题：1、燃料的需求量非常大，成本居高不下；2、以氢-氧焰或氧-乙炔焰为主的燃气加热方式存在巨大的安全隐患；3、燃气加热方式易产生有害的污染性气体，且噪音污染严重；4、耗时太长，效率低下；等温热循环试验是不同于燃气热冲击试验的另一种热冲击性能评价手段，它的原理是将被测试样直接放入等温的高温环境中，保温一段时间，然后快速取出，以压缩空气进行吹气冷却或投入水中进行水淬冷却。较之于燃气热冲击试验装置，等温热循环试验装置不存在燃料需求大、安全隐患和噪音污染，在采取水淬冷却的情况下，其效率也大大提高。但是，工作于真实服役环境下的高温隔热涂层，由于涂层自身的隔热作用和气膜冷却作用，其外表面温度往往可达1200℃-1700℃，而涂层与基底接触的内表面温度只有800-900℃。这导致300-500μm的隔热涂层内部沿厚度方向产生了300-900℃的温度梯度，最新的研究表明，温度梯度对高温隔热涂层的服役性能有着至关重要的影响。然而，等温热循环试验装置并不能实现考虑温度梯度的热冲击测试。目前还未见到研制成功既能克服燃气热冲击试验装置的诸多缺点又能实现温度梯度下的热冲击测试的试验装置。也未见到研制成功的具有自适应性的带强制冷却的可模块化拼接的石英灯高温加热装置。通常在石英灯玻璃在1000℃左右会出现石化现象，导致石英透光性下降，透光性下降使石英灯管温度快速升高，灯管将迅速失效。灯管内保护灯丝的气逸出，灯丝烧坏。不做强制冷却的灯管难以实现超过1000℃的近距离快速加热，气膜式冷却灯管的方式，当灯管加热的温度超过1500℃时，难以高效对灯管进行冷却。综上所述，开发一套经济、安全、清洁、安静和高效的可编程控制的高温加热装置十分必要。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供了一种液体冷却夹层的卤素灯与模块化平面加热装置，其具有结构紧凑、性能稳定、可大规模模块化拼接、温度易控、极限性能更高、效率更好的特点，同时能克服传统卤素灯加热1000℃以上会出现石化破损的问题，并且将加热的极限温度提升至1700℃。本技术采用如下技术方案来实现的：一种液体冷却夹层的卤素灯与模块化平面加热装置，包括外罩钣金，设置在外罩钣金内的灯座和若干个液体冷却卤素灯灯管，设置在外罩钣金背面侧壁上的航空插头，以及设置在外罩钣金正面侧壁上的石英玻璃；其中，灯座的两端各设置有一个端座，若干个液体冷却卤素灯灯管平行且均匀布置，其两端通过端座安装在灯座上，每个液体冷却卤素灯灯管包括由内至外依次设置的灯丝、灯管内层和灯管外层，灯管内层和灯管外层之间形成液体冷却卤素灯灯管的冷却腔，灯管外层的两端分别连通有灯管冷却液流入口和灯管冷却液流出口，灯管冷却液流入口与穿过外罩钣金的灯管冷却液总流入管相连通，灯管冷却液流出口与穿过外罩钣金的灯管冷却液总流出管相连通；灯丝的两端分别与液体冷却卤素灯灯管两端设置的陶瓷接线头连接，每个陶瓷接线头均通过高温电线与设置在灯座上的一个接线端子连接，两个接线端子均通过灯管内部电线与航空插头连接；灯座内开设有冷却液管路，每个端座内开设有端座冷却液管道，冷却液管路与穿过外罩钣金的灯座冷却液流入管和灯座冷却液总流出管相连，且灯座液体冷却管道通过灯座端座对接管与两个端座冷却液管道相连通。本技术进一步的改进在于，灯管冷却液流入口依次通过石英玻璃管转接头、软管和灯管冷却管路接头与灯管冷却液总流入管相连通，灯管冷却液流出口依次通过石英玻璃管转接头、软管和灯管冷却管路接头与灯管冷却液总流出管相连通。本技术进一步的改进在于，灯座内冷却液管路分为左灯座冷却液管路、右灯座冷却液管路和灯座总冷却液流出管路，灯座总冷却液流出管路与灯座冷却液总流出管相连，左灯座冷却液管路和右灯座冷却液管路均与灯座冷却液流入管连接；端座的流入口通过灯座端座对接管与灯座中的冷却液流口相连，一个端座的流入口连接灯座的左冷却液流入口，另一个端座的流入口连接灯座的右冷却液流入口，流出口采用灯座端座对接管连接灯座的总冷却液流出管路。本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种液体冷却夹层的卤素灯与模块化平面加热装置，其特征在于，包括外罩钣金(2)，设置在外罩钣金(2)内的灯座(9)和若干个液体冷却卤素灯灯管(6)，设置在外罩钣金(2)背面侧壁上的航空插头(16)，以及设置在外罩钣金(2)正面侧壁上的石英玻璃(7)；其中，灯座(9)的两端各设置有一个端座(8)，若干个液体冷却卤素灯灯管(6)平行且均匀布置，其两端通过端座(8)安装在灯座(9)上，每个液体冷却卤素灯灯管(6)包括由内至外依次设置的灯丝(6‑3)、灯管内层(6‑p2)和灯管外层(6‑p1)，灯管内层(6‑p2)和灯管外层(6‑p1)之间形成液体冷却卤素灯灯管(6)的冷却腔，灯管外层(6‑p1)的两端分别连通有灯管冷却液流入口(6‑pi)和灯管冷却液流出口(6‑po)，灯管冷却液流入口(6‑pi)与穿过外罩钣金(2)的灯管冷却液总流入管(1)相连通，灯管冷却液流出口(6‑po)与穿过外罩钣金(2)的灯管冷却液总流出管(12)相连通；灯丝(6‑3)的两端分别与液体冷却卤素灯灯管(6)两端设置的陶瓷接线头(6‑2)连接，每个陶瓷接线头(6‑2)均通过高温电线(6‑4)与设置在灯座(9)上的一个接线端子(11)连接，两个接线端子(11)均通过灯管内部电线(14)与航空插头(16)连接；灯座(9)内开设有冷却液管路，每个端座(8)内开设有端座冷却液管道(8‑p)，冷却液管路与穿过外罩钣金(2)的灯座冷却液流入管(13)和灯座冷却液总流出管(15)相连，且灯座液体冷却管道通过灯座端座对接管(10)与两个端座冷却液管道(8‑p)相连通。...
【技术特征摘要】
1.一种液体冷却夹层的卤素灯与模块化平面加热装置，其特征在于，包括外罩钣金(2)，设置在外罩钣金(2)内的灯座(9)和若干个液体冷却卤素灯灯管(6)，设置在外罩钣金(2)背面侧壁上的航空插头(16)，以及设置在外罩钣金(2)正面侧壁上的石英玻璃(7)；其中，灯座(9)的两端各设置有一个端座(8)，若干个液体冷却卤素灯灯管(6)平行且均匀布置，其两端通过端座(8)安装在灯座(9)上，每个液体冷却卤素灯灯管(6)包括由内至外依次设置的灯丝(6-3)、灯管内层(6-p2)和灯管外层(6-p1)，灯管内层(6-p2)和灯管外层(6-p1)之间形成液体冷却卤素灯灯管(6)的冷却腔，灯管外层(6-p1)的两端分别连通有灯管冷却液流入口(6-pi)和灯管冷却液流出口(6-po)，灯管冷却液流入口(6-pi)与穿过外罩钣金(2)的灯管冷却液总流入管(1)相连通，灯管冷却液流出口(6-po)与穿过外罩钣金(2)的灯管冷却液总流出管(12)相连通；灯丝(6-3)的两端分别与液体冷却卤素灯灯管(6)两端设置的陶瓷接线头(6-2)连接，每个陶瓷接线头(6-2)均通过高温电线(6-4)与设置在灯座(9)上的一个接线端子(11)连接，两个接线端子(11)均通过灯管内部电线(14)与航空插头(16)连接；灯座(9)内开设有冷却液管路，每个端座(8)内开设有端座冷却液管道(8-p)，冷却液管路与穿过外罩钣金(2)的灯座冷却液流入管(13)和灯座冷却液总流出管(15)相连，且灯座液体冷却管道通过灯座端座对接管(10)与两个端座冷却液管道(8-p)相连通。2.根据权利要求1所述的一种液体冷却夹层的卤素灯与模块化平面加热装置，其特征在于，灯管冷却液流入口(6-pi)依次通过石英玻璃管转接头(5)、软管(4)和灯管冷却管路接头(3)与灯管冷却液总流入管(1)相连通，灯管冷却液流出口(6-po)依次通过石英玻璃管转接...
【专利技术属性】
技术研发人员：王铁军，蒋昊南，范学领，李鸿宇，江鹏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61
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