一种基于热化学燃烧的热辐射模拟系统技术方案

本发明专利技术的目的在于解决现有的热辐射模拟系统热辐射加载面积小、热流强度低等技术问题，而建立一种基于热化学燃烧的热辐射模拟系统，该系统包括控制单元和执行单元，控制单元用于对执行单元发送动作指令并监控执行单元的执行状态，执行单元包括依次连接的输入单元、混合单元及输出单元，输入单元包括气体输入单元和固体存储装置，其中，固体存储装置内装载铝粉；气体输入单元包括并列设置的氧气输入装置和氮气输入装置，氮气、氧气和铝粉在混合单元内混合形成气固混合物，并进入输出单元，在输出单元内进行热化学燃烧后形成热辐射场。场。场。

【技术实现步骤摘要】
一种基于热化学燃烧的热辐射模拟系统


[0001]本专利技术涉及一种热辐射模拟系统，具体涉及一种基于热化学燃烧的热辐射模拟系统。

技术介绍

[0002]针对再入返回舱、高超飞行器、爆炸、火灾等环境的热辐射环境需求，可采用不同热辐射模拟装置进行热辐射环境的模拟，例如电弧加热器、燃气流试验装置、红外石英灯辐射加热装置等。
[0003]电弧加热器采用高压直线电弧放电加热空气或氮气，加热后的高温气流首先进入混合温压室，再经过超声速拉瓦尔喷管膨胀加速，对固定在喷管出口的模型进行气动加热试验，而气动加热系统一般选用电弧风洞模式，该加热系统主要由电弧加热器、喷管、试验段、模型支撑系统、扩压器、冷却器和真空系统组成。电弧加热器的优点是光谱范围较好、最大强度高(可达到600W/cm2)；缺点是均匀辐照面积小，且会辐射大量的紫外线，放出对人体有害的气体；耗电太大(电弧加热器大多在40MW以上)，不稳定，维护麻烦，寿命短。另外，大功率、高压电弧加热器经常会出现高压条件下物理耦合度加大、电弧稳定性变差、电弧旁路击穿效应增强、电极寿命缩短、弧根不稳定及弧根运动热管理性能差等问题。
[0004]燃气流试验装置主要由燃气加热器、能源供应系统、测控系统、试验件和送进机构组成。工作原理是通过氧化剂、燃料在燃烧室中燃烧产生高温高压燃气，经过喷管加速后形成高温超声速燃气流，进入试验舱内的试验段，进而对试验件进行热考核。目前，燃气流试验装置包括自由射流式燃气流试验设备和燃气流风洞系统，其中，自由射流式具备材料级和烧蚀性能试验考核能力，以及部段级局部烧蚀热结构试验能力。北京航天长征飞行器研究所建设的200MW燃气流超声速风洞实验系统，主要可用于开展防热试验件的热结构、热匹配试验，总温3650K，喷管出口直径最大1.5m，运行时间可达1000s。但该装置不便于与冲击波联合时序加载，也不利于材料和热辐射效应参数的测量实施，无法开展几十平米的大结构件或者原型装备热辐射考核。
[0005]红外石英灯辐射加热是一种基于卤化物再生循环原理的方法，美国空军武器实验室(AFWL)采用钨丝石英灯建成了热辐射效应模拟系统，将其排列成为阵列(即增加均匀辐照面积)，在一定操作方式下，可接近4000K的黑体输出，开关装置可调整波形。北京航空航天大学吴大方等人自行研制了可实现高至210℃/s的极快非线性升温速率、能够生成高达2MW/m2的瞬态非线性热流密度、实现1500℃超高温氧化热环境的石英灯红外辐射式气动热环境试验模拟系统；但该装置热辐射加载热流强度低、加载面积小、热流均匀性和重复性均无法保证。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决现有的热辐射模拟系统热辐射加载面积小、热流强度低等技术问题，而建立一种基于热化学燃烧的热辐射模拟系统。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供的技术解决方案如下：
[0008]一种基于热化学燃烧的热辐射模拟系统，其特殊之处在于：包括控制单元和与控制单元连接的执行单元；所述控制单元用于对执行单元发送动作指令并监控执行单元的执行状态；
[0009]所述执行单元包括依次连接的输入单元、混合单元及输出单元；
[0010]所述输入单元包括气体输入单元和固体存储装置，所述固体存储装置内装载铝粉；
[0011]所述气体输入单元包括并列设置的氧气输入装置和氮气输入装置，其中，所述氮气输入装置的输出端分两路，其中一路输出端连接固体存储装置的输入端；
[0012]所述氮气输入装置的另一路输出端、氧气输入装置的输出端、固体存储装置的输出端分别与混合单元的输入端连接；所述氮气输入装置中的氮气、氧气输入装置中的氧气和铝粉分别进入混合单元内并形成气固混合物；所述混合单元的输出端与输出单元连接，气固混合物在输出单元内进行热化学燃烧并在输出单元的输出端形成热辐射场。
[0013]进一步地，所述固体存储装置上设置有压力显示装置和泄压装置，底部设置有称重装置；所述压力显示装置和泄压装置分别与控制单元连接，所述压力显示装置用于对进入固体存储装置内氮气的压力进行监测，所述泄压装置用于维持固体存储装置内氮气压力的平衡；所述称重装置用于对固体存储装置输出的铝粉进行测重，确保铝粉的重量满足试验需求。
[0014]进一步地，所述称重装置与固体存储装置之间还设有气动球阀和/或电动调节阀，用于调节铝粉的输出量。
[0015]进一步地，所述输出单元内安装有多个均匀分布的点火装置，所述点火装置与控制单元电连接，控制单元发送点火命令，各个点火装置同步开启，使得气固混合物燃烧，以此保证点火的均匀性以及燃烧的均匀性，从而优化热辐射场的均匀性。
[0016]进一步地，所述氧气输入单元包括液氧存储装置和第一汽化装置，液氧存储装置输出的液氧经第一汽化装置形成氧气后进入混合单元；所述氮气输入单元包括液氮存储装置和第二汽化装置，液氮存储装置输出的液氮经第二汽化装置形成氮气后，其中一路进入固体存储装置，另一路进入混合单元。
[0017]进一步地，所述第一汽化装置与混合单元之间的管道上设有第一控制阀组件，所述第二汽化装置与混合单元之间的管道上设有第二控制阀组件，所述第一控制阀组件和第二控制阀组件分别与控制单元电连接，用于控制管道内气体的压力及流量。
[0018]进一步地，所述第一控制阀组件包括依次设置在第一汽化装置与混合单元之间的管道上的压力变送器、电磁切断阀、电动调节阀和流量控制阀；
[0019]所述第二控制阀组件包括依次设置在第二汽化装置与混合单元之间的管道上的压力变送器、电磁切断阀、电动调节阀和流量控制阀；
[0020]所述压力变送器、电磁切断阀、电动调节阀和流量控制阀分别与控制单元电连接。
[0021]进一步地，所述第一汽化装置与混合单元之间的管道上还设有抑止阀，用于防止氧气回流，所述抑止阀与控制单元电连接。
[0022]进一步地，所述液氧存储装置和第一汽化装置之间、所述第一汽化装置与混合单元之间、所述固体存储装置与混合单元之间、所述输出单元的输出端分别设有报警装置，所
述报警装置与控制单元电连接，用于在紧急情况下将异常信息传递至控制单元，由控制单元切断相应的控制阀，确保系统运行的安全性。
[0023]进一步地，所述控制单元为PLC控制器，PLC控制器具备远程控制功能，通过PLC控制器可远程操作各气路通道上的控制阀门、发送点火命令以及模拟系统的触发。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0025]1、本专利技术的模拟系统包括控制单元和执行单元，控制单元用于对执行单元发送动作指令并监控执行单元的执行状态，执行单元包括依次连接的输入单元、混合单元及输出单元，输入单元包括气体输入单元和固体存储装置，其中，固体存储装置内装载铝粉；气体输入单元包括并列设置的氧气输入装置和氮气输入装置，氮气、氧气和铝粉在混合单元内混合形成气固混合物，并进入输出单元，在输出单元内进行热化学燃烧后形成热辐射场，本系统整体结构较为紧凑，且整体安全性较高，可提供均匀的热辐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热化学燃烧的热辐射模拟系统，其特征在于：包括控制单元(1)和与控制单元(1)连接的执行单元；所述控制单元(1)用于对执行单元发送动作指令并监控执行单元的执行状态；所述执行单元包括依次连接的输入单元(2)、混合单元(3)及输出单元(4)；所述输入单元(2)包括气体输入单元和固体存储装置(21)，所述固体存储装置(21)内装载有铝粉；所述气体输入单元包括并列设置的氧气输入装置(22)和氮气输入装置(23)，其中，所述氮气输入装置(23)的输出端分两路，其中一路输出端连接固体存储装置(21)的输入端；所述氮气输入装置(23)的另一路输出端、氧气输入装置(22)的输出端、固体存储装置(21)的输出端分别与混合单元(3)的输入端连接；所述氮气输入装置(23)中的氮气、氧气输入装置(22)中的氧气和铝粉分别进入混合单元(3)内并形成气固混合物；所述混合单元(3)的输出端与输出单元(4)连接，气固混合物在输出单元(4)内进行热化学燃烧并在输出单元(4)的输出端形成热辐射场。2.根据权利要求1所述的基于热化学燃烧的热辐射模拟系统，其特征在于：所述固体存储装置(21)上设置有压力显示装置和泄压装置，底部设置有称重装置；所述压力显示装置和泄压装置分别与控制单元(1)电连接，所述压力显示装置用于对进入固体存储装置(21)内氮气的压力进行监测，所述泄压装置用于维持固体存储装置(21)内氮气压力的平衡；所述称重装置用于对固体存储装置(21)输出的铝粉进行测重。3.根据权利要求2所述的基于热化学燃烧的热辐射模拟系统，其特征在于：所述称重装置与固体存储装置(21)之间还设有气动球阀和/或电动调节阀，用于调节铝粉的输出量。4.根据权利要求1或2或3所述的基于热化学燃烧的热辐射模拟系统，其特征在于：所述输出单元(4)内安装有多个均匀分布的点火装置，所述点火装置与控制单元(1)电连接。5.根据权利要求4所述的基于热化学燃烧的热辐射模拟系统，其特征在于：所述氧气输入单元(22)包括液氧存储装置(221)和第一汽化装置(222)，液氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德志，王等旺，马泽龙，赵奇峰，关君翊，金龙，秦学军，张云峰，李浩，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：