一种用于防热材料性能考核的试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于防热材料性能考核的试验装置。所述试验装置包括同轴设置的内壳和外壳，外壳与内壳之间形成冷却水通道；内壳的一端的外周设置有连接环，内壳与外壳的一端通过连接环连接；连接环上设置有进水口和出水口，进水口和出水口均与冷却水通道连通，使冷却水从进水口进入，并流经冷却水通道后从出水口流出；内壳远离连接环的一端的内部沿内壳的轴向方向依次设置有用于安装待测模型的第一安装腔和用于供热电偶装置穿过的第二安装腔，待测模型由防热材料制成，热电偶装置用于检测待测模型的温度。本发明专利技术中的试验装置能有效减少防热材料在考核过程中的纵向热传导，确保待测模型表面受热均匀以及确保其热量传导为准一维传导。

A Test Device for Performance Assessment of Heat-proof Material

The invention relates to an experimental device for evaluating the performance of heat-proof materials. The test device includes a coaxially arranged inner shell and outer shell, and a cooling water passage is formed between the outer shell and the inner shell; a connecting ring is arranged at one end of the inner shell, and one end of the inner shell and the outer shell is connected through the connecting ring; a water inlet and an outlet are arranged on the connecting ring, and both the water inlet and the water outlet are connected with the cooling water passage, so that the cooling water enters from the water inlet and flows through the cooling water passage. The first installation chamber for installing the model to be measured and the second installation chamber for passing through the heating couple device are arranged in turn along the axial direction of the inner shell, which is far from the end of the connecting ring. The model to be measured is made of heat-proof material and the thermocouple device is used to detect the temperature of the model to be measured. The test device in the invention can effectively reduce the longitudinal heat conduction of the heat-proof material in the examination process, ensure that the surface of the model to be measured is uniformly heated, and ensure that its heat conduction is quasi-one-dimensional.

【技术实现步骤摘要】
一种用于防热材料性能考核的试验装置
本专利技术属于防热材料性能考核设备
，尤其涉及一种用于防热材料性能考核的试验装置。
技术介绍
为确保高超声速飞行器热防护系统设计的可靠性，必须在地面对防热材料的性能进行考核，利用地面设备模拟高焓加热流场环境，进行长时间考核试验。当前，最常用的方法是将模型加工成球柱模型或者平板模型，置于高温流场中，考核其防热性能。采用球柱模型的材料考核试验，模拟材料在高温流场中的驻点热流和驻点压力，一般称为驻点烧蚀试验。在驻点烧蚀试验中，球柱模型的顶端处于流场最中央，距离喷管出口位置最近，热流和压力最高，从而保证了试验中的驻点热流和驻点压力，但存在两点缺陷：(a)在驻点之外，沿球柱径向方向，模型表面的热量和压力不断降低，导致球柱模型表面热流不均匀，各处烧蚀量可能不一致，质量烧蚀率和线烧蚀率无法有效表征材料防热性能；(b)除了头部高温气流加热之外，球头模型的柱体部分也受到了高温气体辐射的加热，存在径向传热，驻点热流无法表征模型的总加热量。采用平板模型的材料考核试验，考核其在大面积防热环境下的防热性能，一般称为平板烧蚀试验。在平板烧蚀试验中，模型沿喷管方向布置，并有一定攻角，可以使得模型较大面积受热，但有以下两点缺陷：(a)平板表面热流/压力分布不均匀，由于加热器高焓流场特性，导致平板表面热流和压力在纵向分布中间高，两边低，轴向分布与距喷管出口距离成反比，这导致了其平板模型表面烧蚀不均匀，难以定量评价其烧蚀特性；(b)平板表面热流压力低，由于平板考核面沿喷管方向布置，虽有一定攻角，也无法获得较高的表面热流和压力。综上，因此需要提供一种新型的用于防热材料性能考核的试验装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于防热材料性能考核的试验装置，以解决现有技术中存在的至少一个技术问题。本专利技术中的所述试验装置能有效减少防热材料在性能考核过程中的纵向热传导，确保待测模型表面受热均匀。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于防热材料性能考核的试验装置，包括同轴设置的内壳和外壳，所述外壳与所述内壳之间具有间隙，所述间隙形成冷却水通道；所述内壳的一端的外周设置有连接环，所述内壳与所述外壳的一端通过所述连接环连接；所述连接环上设置有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口均与所述冷却水通道连通，使冷却水从所述进水口进入，并流经所述冷却水通道后从所述出水口流出；所述内壳远离所述连接环的一端的内部沿所述内壳的轴向方向依次设置有第一安装架和第二安装架，所述内壳远离所述连接环的一端的端部、所述内壳的内壁以及所述第一安装架之间形成用于安装待测模型的第一安装腔，所述第二安装架用于安装热电偶装置，所述第一安装架、所述内壳的内壁以及所述第二安装架之间形成用于供热电偶装置穿过的第二安装腔，所述待测模型由防热材料制成，所述热电偶装置用于检测所述待测模型背面的温度。优选地，所述试验装置还包括绝热套，所述待测模型通过所述绝热套安装在所述第一安装腔内；所述绝热套靠近所述内壳的端部的一侧设置有凹槽，所述凹槽用于容置所述待测模型。优选地，所述绝热套采用绝热材料制成。优选地，所述凹槽为柱状凹槽。优选地，所述内壳的外壁的两侧相对应地设置有两条第一隔条，所述第一隔条与所述外壳的内壁连接，用于将所述冷却水通道分隔成进水区域和出水区域，所述进水口和所述出水口分别对应分布在所述进水区域和所述出水区域内。优选地，所述外壳包括圆筒结构和内径渐变的锥筒结构，所述锥筒结构的一端与所述连接环连接；所述锥筒结构连接有所述连接环的一端的内径大于所述锥筒结构远离所述连接环的一端的内径。优选地，所述内壳的外壁上还设置有多条第二隔条，所述第二隔条位于所述内壳与所述圆筒结构之间，并且与所述圆筒结构的内壁连接。优选地，所述凹槽远离所述内壳的端部的一侧设置有空气腔。优选地，所述空气腔的厚度为0.8～1.5mm。优选地，所述热电偶装置包括热电偶线和热电偶支撑装置；所述热电偶支撑装置包括用于与第二安装架连接的支撑部和用于穿设所述热电偶线的热电偶部，所述热电偶部穿过所述绝热套以使得所述热电偶线与所述待测模型的背面连接。本专利技术与现有技术相比至少具有如下的有益效果：(1)本专利技术中的所述试验装置包括的内壳和外壳主要作为夹持装置，本专利技术在内壳与外壳之间设置冷却水通道，一方面能够实现对外壳和内壳的有效冷却，减轻外部高温气流加热，有效保护内壳和外壳免受高温熔化，另一方面可以有效防止高温流场中的热量由纵向导入待测模型，能有效减少防热材料在性能考核过程中的纵向热传导，从而能保证防热材料表面受热的均匀性，使得本专利技术中的所述待测模型加热情况可近似为受热均匀的准一维热传导。(2)本专利技术的一些优选实施方案中，所述绝热套采用绝热材料制成，并且所述待测模型通过绝热套安装在所述第一安装腔内，如此，能将待测模型上的纵向导热降到最低，能有效防止待测模型内部的热量向所述外壳导热，从而使得本专利技术中的所述试验装置可以有效隔绝纵向导热，在本专利技术中，待测模型容置在处于中央位置的凹槽内，能进一步确保待测模型表面受热均匀以及能进一步确保防热材料的热量传导为准一维传导，从而可以定量化表征防热材料表面热流与热响应、烧蚀率等的关系。(3)本专利技术的一些优选实施方案中，所述凹槽远离所述内壳的端部的一侧设置有空气腔，所述空气腔的设置能进一步降低待测模型内部的传导热流损失。(4)本专利技术的一些优选实施方案中，所述内壳的外壁上设置有两条第一隔条从而将所述冷却水通道分隔成了进水区域和出水区域，所述进水区域和所述出水区域分别位于所述内壳的两侧，使得冷却水从进水口进入，并沿所述冷却水通道循环一周(从进水区域绕至出水区域)后才能从出水口流出，提高了冷却水的利用率，保证了冷却水的流经范围，避免了所述试验装置的局部过热，从而可以更加均匀有效地防止高温流场中的热量由纵向导入待测模型；此外，所述内壳的外壁上还设置有多条第二隔条，所述第二隔条位于所述内壳与所述圆筒结构之间，并且与所述圆筒结构的内壁连接，能将所述进水区域和出水区域分隔成多个水通道，使得冷却水在多个水通道内快速流动起来，进一步避免了所述试验装置的局部过热，更好地保证了冷却水冷却的均匀性和冷却效率，从而可以更加有效地防止高温流场中的热量由纵向导入待测模型。附图说明本专利技术附图仅仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。图1是本专利技术中用于防热材料性能考核的试验装置的一个具体实施方式的侧视图。图2是图1中A-A的剖视图。图3是图2中试验装置连接有冷却水管接头的结构示意图。图4是图2中包括的外壳的结构示意图。图5是图2中包括的内壳的结构示意图。图6是图5中B-B的剖视图。图7是图5中C-C的剖视图。图8是图6中D-D的斜剖视图。图9是图3中试验装置安装有绝热套和热电偶支撑装置的结构示意图。图10是图9中包括的绝热套的结构示意图。图11是图9中包括的热电偶支撑装置的结构示意图。图中：1：外壳；11：圆筒结构；12：锥筒结构；2：内壳；21：第一安装架；211：第一安装腔；22：第二安装架；221：第二安装腔；3：连接环；31：进水口；32：出水口；33：进水管接头；34：出水管接头；4：冷却水通道；5：第一隔条；6：第二隔条；7：绝热套；71：凹槽；8：空气腔；9：热电偶支撑装置；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于防热材料性能考核的试验装置，其特征在于：包括同轴设置的内壳和外壳，所述外壳与所述内壳之间具有间隙，所述间隙形成冷却水通道；所述内壳的一端的外周设置有连接环，所述内壳与所述外壳的一端通过所述连接环连接；所述连接环上设置有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口均与所述冷却水通道连通，使冷却水从所述进水口进入，并流经所述冷却水通道后从所述出水口流出；所述内壳远离所述连接环的一端的内部沿所述内壳的轴向方向依次设置有第一安装架和第二安装架，所述内壳远离所述连接环的一端的端部、所述内壳的内壁以及所述第一安装架之间形成用于安装待测模型的第一安装腔，所述第二安装架用于安装热电偶装置，所述第一安装架、所述内壳的内壁以及所述第二安装架之间形成用于供热电偶装置穿过的第二安装腔，所述待测模型由防热材料制成，所述热电偶装置用于检测所述待测模型背面的温度。

【技术特征摘要】
1.一种用于防热材料性能考核的试验装置，其特征在于：包括同轴设置的内壳和外壳，所述外壳与所述内壳之间具有间隙，所述间隙形成冷却水通道；所述内壳的一端的外周设置有连接环，所述内壳与所述外壳的一端通过所述连接环连接；所述连接环上设置有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口均与所述冷却水通道连通，使冷却水从所述进水口进入，并流经所述冷却水通道后从所述出水口流出；所述内壳远离所述连接环的一端的内部沿所述内壳的轴向方向依次设置有第一安装架和第二安装架，所述内壳远离所述连接环的一端的端部、所述内壳的内壁以及所述第一安装架之间形成用于安装待测模型的第一安装腔，所述第二安装架用于安装热电偶装置，所述第一安装架、所述内壳的内壁以及所述第二安装架之间形成用于供热电偶装置穿过的第二安装腔，所述待测模型由防热材料制成，所述热电偶装置用于检测所述待测模型背面的温度。2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述试验装置还包括绝热套，所述待测模型通过所述绝热套安装在所述第一安装腔内；所述绝热套靠近所述内壳的端部的一侧设置有凹槽，所述凹槽用于容置所述待测模型。3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于：所述绝热套采用绝热材料制成。4.根据权利要求2所述的试验装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵长浩，肖学仁，张军，刘丽萍，潘德贤，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51