一种曲面石墨加热器设计方法技术

本申请属于辐射电加热技术领域，特别涉及一种曲面石墨加热器设计方法，所述方法包括：对试验件理想加热曲面进行网格划分，生成包含若干四边形单元或四边形单元与三角形单元共存的有限元模型；进行插值处理，使得每个四边形单元及三角形单元各自对应一个节点平面，获得由三节点组和四节点组组成的共面节点集；在三维处理软件中，生成相邻基准平面的交线，并通过交线，生成三角形、四边形和多边形的石墨片基准设计面；对石墨片基准设计面的边缘进行裁剪，形成石墨加热面，最后根据试验所需的热流载荷输入要求，对每个加热面的石墨片进行发热电路设计。该方法实现了复杂曲面外形结构热强度试验中随形石墨加热器的大热流输出的稳定和可控。

【技术实现步骤摘要】
一种曲面石墨加热器设计方法
本申请属于辐射电加热
，特别涉及一种曲面石墨加热器设计方法。
技术介绍
当飞行器以极高的速度在大气层中飞行时，机体结构将要承受严酷的气动加热载荷，为了在首飞前对结构在这种极端环境下的性能进行验证和确认，高超声速飞行器和轨道再入飞行器都需要进行地面验证试验。在这种试验中，热环境的模拟需要热输出能力强而且可以进行精准控制的加热器来实现。目前，广泛采用的石英灯加热器最大热输出能力约为1200kW/m2，结构最高温度约为1500℃。对于头锥和前缘部位来说，由于所需的热流密度很大，石英灯的热输出能力相对不足。特别是对于具有复杂双曲率曲面外形的头锥结构来说，石英灯灯管较长，灯头部位存在较长的加热盲区，因此无法拼接成复杂曲面的随形加热器。石墨是一种广泛应用于冶金、化工和晶体制造领域的加热元件，通电后能模拟2000℃的高温环境。与石英灯相比，石墨加热器的热输出能力较强，且可按需进行灵活设计，成型工艺相对简单，可以加工成三角形、四边形和多边形等多种形状，进而拼成曲面随形加热器。目前，国内尚没有将石墨加热器应用在复杂曲面外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种曲面石墨加热器设计方法，其特征在于，包括：/n获取试验件的理想加热曲面，所述理想加热曲面是指通过CATIA软件的曲面偏置功能对试验件分区后的曲面向外偏置后获得的曲面；/n对所述理想加热曲面进行网格划分，生成包含若干四边形单元或四边形单元与三角形单元共存的有限元模型；/n对所述有限元模型的数据进行插值处理，使得每个四边形单元及三角形单元各自对应一个节点平面，获得由三节点组和四节点组组成的共面节点集，即所述共面节点集中包括多组共面节点，每组共面节点中包含三个或四个节点；/n在三维处理软件中，生成相邻基准平面的交线，并通过交线，生成三角形、四边形和多边形的石墨片基准设计面；/n对所述石墨片基...

【技术特征摘要】
1.一种曲面石墨加热器设计方法，其特征在于，包括：
获取试验件的理想加热曲面，所述理想加热曲面是指通过CATIA软件的曲面偏置功能对试验件分区后的曲面向外偏置后获得的曲面；
对所述理想加热曲面进行网格划分，生成包含若干四边形单元或四边形单元与三角形单元共存的有限元模型；
对所述有限元模型的数据进行插值处理，使得每个四边形单元及三角形单元各自对应一个节点平面，获得由三节点组和四节点组组成的共面节点集，即所述共面节点集中包括多组共面节点，每组共面节点中包含三个或四个节点；
在三维处理软件中，生成相邻基准平面的交线，并通过交线，生成三角形、四边形和多边形的石墨片基准设计面；
对所述石墨片基准设计面的边缘进行裁剪，形成石墨加热面，所述裁剪时相邻加热面之间的距离大于预定间隔，根据试验所需的热流载荷输入要求，对每个加热面的石墨片进行发热电路设计，形成曲面石墨加热器。


2.如权利要求1所述的曲面石墨加热器设计方法，其特征在于，所述理想曲面为试验件分区后的曲面向外偏置90mm后获得的曲面。


3.如权利要求1所述的曲面石墨加热器设计方法，其特征在于，进行网格划分的标准为：
通过网格划分时，各单元尺寸200mm，最大几何偏移30mm时，则单元种类为四边形，若全部采用四边形单元无法完成网格划分，则将单元种类改为四边形主导的四边形与三角形混合方式，完成网格划分。


4.如权利要求1所述的曲面石墨加热器设计方法，其特征在于，采用有限元前处理工具ANSA或者Hyperme...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军鹏，王彬文，魏广平，丛琳华，李世平，王振亚，刘志民，
申请(专利权)人：中国飞机强度研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61