一种恒温水冷模型箱制造技术

本实用新型专利技术公开了一种恒温水冷模型箱，该恒温水冷模型箱包括模型箱、节流阀、温控器、进水温度传感器、出水温度传感器和安全阀，模型箱内部设有用于安装试验模型及其隔热材料的凹腔，模型箱内底部加工有冷却水流道，节流阀安装于水冷模型箱进水口前，进水温度传感器安装于冷却水流道内节流阀前，出水温度传感器安装于冷却水流道内模型箱出水口后，温控器根据所采集的进出水口处冷却水温度，采用PID闭环反馈控制方法，调节节流阀的开度，使得水冷模型箱内部环境温度恒定。本实用新型专利技术可以应用于航天飞行器防隔热材料气动热地面模拟试验中，特别是高温长时间条件下材料防隔热性能测试试验。

【技术实现步骤摘要】
一种恒温水冷模型箱
本技术涉及一种恒温水冷模型箱，特别是一种应用于航天飞行器热防护地面模拟试验中的模型支架，可以在高温多变的外部环境中保持模型支架内部环境温度恒定，属于气动热防护地面模拟试验

技术介绍
航天飞行器防隔热材料进行气动热地面试验时，通常利用高温气流加热安装于模型支架中的模型上表面，通过测量模型下表面温度变化获取该模型材料的防隔热性能。由于试验过程中模型四周充满高温气体，为了防止试验模型侧面以及下表面受到外部环境影响，通常利用模型支架通水冷却的方式对模型进行保护，但是常用水冷模型箱缺少温度调节功能，导致模型支架内部环境温度变化较大，对其防隔热性能的测量精度影响较大，因此需要设计一种保持内部环境温度恒定的水冷模型箱。
技术实现思路
本技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种恒温水冷模型支架，可长时间在电弧风洞高温环境下工作，以满足当前国内航天飞行器器防隔热材料性能测量要求。本技术的技术解决方案是：一种恒温水冷模型箱，该水冷模型箱包括模型箱、节流阀、温控器、进水温度传感器、出水温度传感器和安全阀，模型箱内部设有用于安装试验模型及其隔热材料的凹腔，模型箱内底部加工有冷却水流道，节流阀安装于水冷模型箱进水口前，进水温度传感器安装于冷却水流道内节流阀前，出水温度传感器安装于冷却水流道内模型箱出水口后，温控器根据所采集的进出水口处冷却水温度，采用PID闭环反馈控制方法，调节节流阀的开度，使得水冷模型箱内部环境温度恒定。所述节流阀包括阀体、阀芯、电机、第一进水口、第二进水口和出水口，阀芯位于在阀体内部，与阀体同轴安装，阀芯同时与电机连接，在电机驱动下绕阀体中心旋转，阀体通道壁面开有对称的扇形汇水口，第一进水口、第二进水口与扇形汇水口联通，阀芯内部加工有出水口，所述出水口为一段开口的盲孔结构，通道壁面也加工有对称的扇形汇水口，出水口与阀芯扇形汇水口联通，当电机驱动阀体旋转至特定角度时，阀体的扇形汇水口与阀芯的扇形汇水口出现重叠区域，水流由安装在阀体上的第一进水口和第二进水口流入，通过阀体上的扇形汇水口和阀芯的扇形汇水口重叠区域流入阀芯内部，由出水口流出；继续转动至阀体的扇形汇水口与阀芯的扇形汇水口没有重叠区域，节流阀关闭。恒温水冷模型箱在节流阀外还设置有安全阀，所述安全阀跨接在节流阀两端，通过管道与冷却水流道联通。所述安全阀由弹性塞、阻流管和流道，阻流管横穿流道，弹性塞位于阻流管内与其同轴，弹性塞在冷却水压力作用下拉长或缩短从而改变中间部位直径的大小从而调节冷却水的流量。所述水冷模型箱内部有凹腔内还包括隔热组件。所述隔热组件采用SiO2气凝胶制成。所述水温度传感器和出水温度传感器的测温部件选用Pt100铂电阻。本技术与现有技术相比的优点如下：(1)、本技术通过采集流入与流出模型支架冷却水的温度，采用PID闭环反馈控制方法，调节节流阀开度以控制冷却水流量，达到保持模型支架内部环境温度恒定的目的。(2)、本技术水冷模型箱进水口处安装有节流阀，可以调节进入模型支架冷却水流量，同时在节流阀外设置安全阀，避免因节流阀失效带来的不利影响。(3)、本技术安全阀采用弹性塞，根据其受冷却水压力作用拉长从而使得通过的冷却水流量增加，达到保护水冷模型箱1的作用，这种结构为一体设计，结构简单，易于加工，且可靠性高。(4)、本技术节流阀采用了扇形汇水口的结构，水流的阻力比较小，而且冷却水的水流量与阀门开度的控制关系式明确，易于精确自动控制。(5)、本技术水温度传感器和出水温度传感器的核心测温部件选用Pt100铂电阻，具有精度高，响应快的特点。(6)、本技术可以获知模型箱试验时的内部环境温度，可以用以防热材料防隔热性能参数辨识；(7)、本技术可以根据需要，进行热吹风试验时在不同的时间段设定水冷模型箱试验时的内部环境温度，应用于航天飞行器防隔热材料气动热地面模拟试验中，特别是高温长时间条件下材料防隔热性能测试试验。附图说明图1为本技术实施例一种恒温水冷模型箱的结构示意图；图2为本技术实施例安全阀的结构示意图；图3(a)为本技术实施例节流阀的结构左视图；图3(b)为本技术实施例节流阀的结构剖面图；图4为防隔热材料模型地面气动热试验过程中恒温水冷支架温度曲线与常规水冷支架温度曲线对比图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术进行详细说明。如图1所示，恒温水冷模型箱主要由模型箱1、节流阀2、温控器3、进水温度传感器4、出水温度传感器5和安全阀6构成。模型箱1内部设有用于安装试验模型及其隔热材料的凹腔，防热材料模型安装在凹槽内，模型表面与模型箱1上表面齐平，高温气流从模型表面吹过，气流从模型表面吹过，温度可达3000℃，速度可达2000m/s，冷壁热流可达1MW/m2，测试过程中对模型进行加热考核，通过测量模型背面温度响应曲线获取模型的热物性参数，因此必须对模型箱1进行冷却降温。模型箱1内部设置有冷却水流道，通过冷却水带走温度从而提供一个恒定的内部环境确保试验精度。所述冷却水流道为环形冷却水道，位于模型箱1内底部位置。冷却水由进水口流入，出水口流出。节流阀2安装在模型箱1冷却水流道进水口前，用于调节冷却水流量，同时节流阀2外设有安全阀6，安全阀6可在节流阀2失效或模型箱1冷却水流堵塞的情况下提供额外的应急冷却水，保护模型箱1的安全。避免因节流阀失效带来的不利影响。节流阀2进水口处安装有进水温度传感器4，冷模型支架1出水口处安装有出水温度传感器5，这两个温度传感器用于测量水冷模型箱1进出水口处冷却水的温度，并将信号传递至温控器3。温控器根据所采集的进出水口处冷却水温度，采用PID闭环反馈控制方法，调节节流阀开度，通过控制进入模型支架冷却水流量达到保持水冷模型箱内部环境恒定的目的。在一个实施例中，模型箱1内部有凹腔尺寸为102mm*102mm*50mm，模型尺寸为100mm*100mm*30mm，模型的厚度和隔热材料的厚度根据情况进行调整，使得模型箱1在试验过程中不被烧坏，凹槽侧面灌注1mm的密封胶，将试验模型固定。隔热材料选用SiO2气凝胶尺寸为102mm*102mm*20mm，能够工作到1200K，而且，当其在800K环境下时，热导率仅为0.03W/(m·K)，具有耐高温，体积轻，隔热性能优的特点。如图2所示，安全阀6由弹性塞6-1、阻流管6-2和流道6-3构成，阻流管6-2横穿流道6-3，弹性塞6-1位于阻流管6-2内与其同轴，弹性塞6-1在冷却水压力作用下拉长或缩短从而改变直径的大小，而弹性塞6-1直径的大小决定了阻流管6-2水流通道的大小从而决定冷却水的流量。当水冷模型箱1内部水道堵塞或节流阀失效导致冷却水入口压力增加时，安全阀6内的弹性塞6-1受冷却水压力作用拉长从而使得通过的冷却水流量增加，达到保护水冷模型箱1的作用。安全阀6正常情况下保持一个较小的水流量，当节流阀2出现工作失效或者模型箱1内部水流不畅的情况下，安全阀6在水压的作用下快速增加开度，增加水流量，保护模型箱1不被高温气流破坏。在一个实施例中，阻流管6-2内部直径10mm，弹性塞6-1感受部件直径9.2mm长16mm，横穿流道6-3直径12mm，常温常压条件下，安全阀6水流量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒温水冷模型箱，其特征在于包括模型箱(1)、节流阀(2)、温控器(3)、进水温度传感器(4)、出水温度传感器(5)和安全阀(6)，模型箱(1)内部设有用于安装试验模型及其隔热材料的凹腔，模型箱(1)内底部加工有冷却水流道，节流阀(2)安装于水冷模型箱(1)进水口前，进水温度传感器(4)安装于冷却水流道内节流阀前，出水温度传感器(5)安装于冷却水流道内模型箱(1)出水口后，温控器(3)根据所采集的进出水口处冷却水温度，采用PID闭环反馈控制方法，调节节流阀(2)的开度，使得水冷模型箱(1)内部环境温度恒定。

【技术特征摘要】
1.一种恒温水冷模型箱，其特征在于包括模型箱(1)、节流阀(2)、温控器(3)、进水温度传感器(4)、出水温度传感器(5)和安全阀(6)，模型箱(1)内部设有用于安装试验模型及其隔热材料的凹腔，模型箱(1)内底部加工有冷却水流道，节流阀(2)安装于水冷模型箱(1)进水口前，进水温度传感器(4)安装于冷却水流道内节流阀前，出水温度传感器(5)安装于冷却水流道内模型箱(1)出水口后，温控器(3)根据所采集的进出水口处冷却水温度，采用PID闭环反馈控制方法，调节节流阀(2)的开度，使得水冷模型箱(1)内部环境温度恒定。2.根据权利要求1所述的一种恒温水冷模型箱，其特征在于所述节流阀(2)包括阀体(2-1)、阀芯(2-2)、电机(2-3)、第一进水口(2-4)、第二进水口(2-5)和出水口(2-6)，阀芯(2-2)位于在阀体(2-1)内部，与阀体同轴安装，阀芯(2-2)同时与电机(2-3)连接，在电机(2-3)驱动下绕阀体(2-1)中心旋转，阀体(2-1)通道壁面开有对称的扇形汇水口，第一进水口(2-4)、第二进水口(2-5)与扇形汇水口联通，阀芯(2-2)内部加工有出水口(2-6)，所述出水口(2-6)为一段开口的盲孔结构，通道壁面也加工有对称的扇形汇水口，出水口(2-6)与阀芯(2-2)扇形汇水口联通，当电机(2-3)驱动阀体(2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈智铭，陈连忠，张友华，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：新型
国别省市：北京,11