非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)，包括：紅外燈陣、氧化鋁陶瓷隔熱墊塊以及紅外燈陣框架，氧化鋁陶瓷隔熱墊塊設(shè)置在紅外燈陣與紅外燈陣框架之間，分別與紅外燈陣和紅外燈陣框架連接。本發(fā)明的紅外燈陣熱流密度可達(dá)6000W/m2以上，航天器特殊表面表面溫度可以被加熱至600℃以上。本發(fā)明有效地實(shí)現(xiàn)了航天器特殊表面表面溫度所需的超高外熱流密度，提高了其升溫速率，縮短了試驗(yàn)周期，防止了航天器特殊表面污染，降低了試驗(yàn)成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紅外燈加熱應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]航天器入軌后經(jīng)受的最主要空間環(huán)境為真空、冷黑與太陽(yáng)輻射，而在太空中，以輻射換熱為主的環(huán)境條件下工作的航天器會(huì)出現(xiàn)什么故障，在地面大氣環(huán)境條件下是無(wú)法預(yù)測(cè)的。因此，航天器在發(fā)射升空之前，必須在專(zhuān)門(mén)的空間環(huán)境模擬試驗(yàn)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行模擬空間冷黑環(huán)境的真空熱試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其熱設(shè)計(jì)的合理性和考核其單機(jī)的高低溫性能。
[0003]航天器上的發(fā)動(dòng)機(jī)在點(diǎn)火過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)本身的溫度非常高，熱流密度達(dá)到5000ff/m2甚至以上，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火瞬間對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)周?chē)考a(chǎn)生非常大的熱影響，因而必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)周?chē)考扇?yán)格的熱防護(hù)措施，保證發(fā)動(dòng)機(jī)周?chē)考男阅?，如采用高溫隔熱屏等手段。在高溫隔熱屏等研制測(cè)試過(guò)程中，不可能以真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)模擬其經(jīng)受的超高密度外熱流，只能采用外熱流模擬裝置模擬其所需要的空間外熱流環(huán)境。
[0004]傳統(tǒng)的紅外加熱籠熱流密度模擬范圍一般為50?400W/m2，而傳統(tǒng)的紅外燈陣熱流密度模擬范圍一般為50?1500W/m2，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)上述高熱流密度的模擬。因此，以往的航天器特殊表面進(jìn)行真空熱試驗(yàn)時(shí)，一般都是采用直接接觸的陶瓷加熱器等手段來(lái)模擬空間外熱流環(huán)境。
[0005]由于待加熱表面不方便直接粘貼加熱片等原因，需要?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)一種非接觸式加熱系統(tǒng)，因此本發(fā)明創(chuàng)新設(shè)計(jì)非接觸式紅外燈陣系統(tǒng)來(lái)模擬航天器特殊表面的空間外熱流環(huán)境，使其熱流密度高達(dá)6000W/m2以上。同時(shí)，由于普通聚四氟乙烯材料的隔熱墊塊耐受的最高溫度為230?260°C，無(wú)法經(jīng)受300°C以上的高溫，本發(fā)明創(chuàng)新采用了氧化鋁陶瓷隔熱墊塊。
[0006]目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類(lèi)似技術(shù)的說(shuō)明或報(bào)道，也尚未收集到國(guó)內(nèi)外類(lèi)似的資料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)，能夠模擬航天器特殊表面真空熱試驗(yàn)時(shí)所需的6000W/m2熱流密度的空間外熱流環(huán)境。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)，包括:紅外燈陣、氧化鋁陶瓷隔熱墊塊以及紅外燈陣框架，氧化鋁陶瓷隔熱墊塊設(shè)置在紅外燈陣與紅外燈陣框架之間，分別與紅外燈陣和紅外燈陣框架連接。
[0009]優(yōu)選地，氧化鋁陶瓷隔熱墊塊與紅外燈陣和紅外燈陣框架通過(guò)螺栓連接。
[0010]優(yōu)選地，紅外燈陣的紅外燈均采用自帶反射鍍層的紅外石英燈。
[0011]優(yōu)選地，自帶反射鍍層的紅外石英燈的額定功率為500W，額定電壓為120V。[0012]優(yōu)選地，紅外燈陣的加熱區(qū)均布有13只自帶反射鍍層的紅外石英燈，且每只自帶反射鍍層的紅外石英燈之間的間距為25mm。
[0013]優(yōu)選地，紅外燈陣的熱流密度達(dá)到6000W/m2以上。
[0014]優(yōu)選地，紅外燈陣框架材料為30號(hào)角鋼，厚度為2mm，焊接加工，表面拋光處理。
[0015]使用本發(fā)明進(jìn)行航天器特殊表面超高熱流密度的空間外熱流環(huán)境的模擬具體包括以下步驟:首先，經(jīng)歷抽真空和建立低溫背景(100K)的階段，試驗(yàn)結(jié)束經(jīng)歷回溫復(fù)壓階段，將氧化鋁陶瓷隔熱墊塊固定在紅外燈陣框架與紅外燈陣之間，并采用螺栓連接，再將紅外燈陣系統(tǒng)放置在距離待加熱表面200mm左右處。試驗(yàn)需要進(jìn)行高溫工況時(shí)，對(duì)紅外燈陣通電，當(dāng)通入較大電流后，紅外燈陣能夠發(fā)出最高達(dá)6000W/m2的熱流密度，待加熱表面得到加熱，大大提升了升溫速率，縮短試驗(yàn)時(shí)間，降低成本。由于存在氧化鋁陶瓷隔熱墊塊，雖然紅外燈陣熱流密度非常高，但其足以承受此高溫。當(dāng)需要進(jìn)行低溫工況時(shí)，紅外燈陣停止供電，使航天器特殊表面降溫。
[0016]本發(fā)明的非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)由于采取了上述的技術(shù)方案，解決了某航天器特殊表面真空熱試驗(yàn)熱流密度難以使用傳統(tǒng)加熱手段實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，采用紅外燈陣系統(tǒng)，將紅外燈間距設(shè)計(jì)為25mm，并通過(guò)氧化鋁陶瓷隔熱墊塊與紅外燈陣框架連接，貼近待加熱表面，采用非接觸式加熱方式，在確保沒(méi)有可凝揮發(fā)物污染的前提下，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)6000W/m2的熱流密度，滿足了相關(guān)航天器特殊表面的試驗(yàn)要求，通過(guò)提高升降溫速率而縮短了試驗(yàn)周期，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:本發(fā)明的非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)航天器的某些特殊表面超高熱流密度的空間外熱流環(huán)境的模擬，本發(fā)明的紅外燈陣的熱流密度可以高達(dá)6000W/m2以上，航天器特殊表面溫度可以被加熱至600°C左右；紅外燈陣與紅外燈陣框架之間采用氧化鋁陶瓷隔熱墊塊連接，避免了因紅外燈陣過(guò)熱而引起紅外燈陣框架產(chǎn)生熱變形；有效地實(shí)現(xiàn)了特殊表面表面溫度所需的超高外熱流密度，提高了其升溫速率，縮短了試驗(yàn)周期，防止了航天器特殊表面污染，降低了試驗(yàn)成本。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖中:1為紅外燈陣框架，2為氧化鋁陶瓷隔熱墊塊，3為紅外燈陣。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明意圖為航天器某些特殊表面的真空熱試驗(yàn)提供一種非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱裝置。
[0021]請(qǐng)參閱圖1，一種非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)，包括:紅外燈陣3、氧化鋁陶瓷隔熱墊塊2以及紅外燈陣框架1，氧化鋁陶瓷隔熱墊塊2設(shè)置在紅外燈陣3與紅外燈陣框架I之間，分別與紅外燈陣3和紅外燈陣框架I連接。紅外燈陣3與紅外燈陣框架I通過(guò)氧化鋁陶瓷隔熱墊塊2連接，避免了因紅外燈陣3過(guò)熱而引起紅外燈陣框架I產(chǎn)生熱變形。
[0022]進(jìn)一步地，氧化鋁陶瓷隔熱墊塊2與紅外燈陣3和紅外燈陣框架I通過(guò)螺栓連接。
[0023]進(jìn)一步地，紅外燈陣3的紅外燈均采用自帶反射鍍層的紅外石英燈。且每只自帶反射鍍層的紅外石英燈的額定功率為500W，額定電壓為120V。紅外燈陣3的加熱區(qū)均布有13只自帶反射鍍層的紅外石英燈，每只自帶反射鍍層的紅外石英燈之間的間距為25mm。紅外燈陣3的熱流密度可以高達(dá)6000W/m2以上，航天器特殊表面表面溫度可以被加熱至6000C以上(背景溫度〈100K)。
[0024]進(jìn)一步地，紅外燈陣框架I的材料為30號(hào)角鋼，厚度為2_，采用焊接加工，表面拋光處理。
[0025]以下具體說(shuō)明使用本發(fā)明進(jìn)行航天器特殊表面超高熱流密度的空間外熱流環(huán)境的模擬的具體步驟:
[0026]首先，進(jìn)行航天器特殊表面真空熱試驗(yàn)，需要經(jīng)歷抽真空和建立低溫背景(100K)的階段，試驗(yàn)結(jié)束要經(jīng)歷回溫復(fù)壓階段。將氧化鋁陶瓷隔熱墊塊2固定在紅外燈陣框架I與紅外燈陣3之間，并采用螺栓連接。
[0027]之后，將紅外燈陣系統(tǒng)放置在距離待加熱表面200mm左右處。
[0028]試驗(yàn)需要進(jìn)行高溫工況時(shí)，對(duì)紅外燈陣3通電，其中每只紅外燈使用一臺(tái)程控直流電源，共計(jì)13臺(tái)電源。當(dāng)通入較大電流后，紅外燈陣3能夠發(fā)出最高達(dá)6000W/m2的熱流密度，待加熱表面得到加熱，且溫度以較快的速率上升。由于存在氧化鋁陶瓷隔熱墊塊2，雖然紅外燈陣3熱流密度非常高，但其足以承受此高溫。
[0029]當(dāng)需要進(jìn)行低溫工況時(shí)，紅外燈陣停止供電，使航天器特殊表面降溫。
[0030]綜上所述，本發(fā)明一種非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)由于采取了上述的技術(shù)方案，解決了某航天器特殊表面真空熱試驗(yàn)熱流密度難以使用傳統(tǒng)加熱手段實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，采用紅外燈陣系統(tǒng)，將紅外燈間距設(shè)計(jì)為25mm，并通過(guò)氧化鋁陶瓷隔熱墊塊與紅外燈陣框架連接，貼近待加熱表面，在確保沒(méi)有可凝揮發(fā)物污染的前提下，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)6000W/m2的熱流密度，滿足了相關(guān)航天器特殊表面的試驗(yàn)要求，通過(guò)提高升降溫速率而縮短了試驗(yàn)周期，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。
[0031]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種非接觸式超高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)，其特征在于，包括:紅外燈陣、氧化鋁陶瓷隔熱墊塊以及紅外燈陣框架，所述氧化鋁陶瓷隔熱墊塊設(shè)置在所述紅外燈陣與紅外燈陣框架之間，分別與所述紅外燈陣和紅外燈陣框架連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述氧化鋁陶瓷隔熱墊塊與所述紅外燈陣和紅外燈陣框架通過(guò)螺栓連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外燈陣的紅外燈均采用自帶反射鍍層的紅外石英燈。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非接觸高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)，其特征在于，自帶反射鍍層的紅外石英燈的額定功率為500W，額定電壓為120V。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非接觸高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外燈陣的加熱區(qū)均布有13只所述自帶反射鍍層的紅外石英燈，且每只自帶反射鍍層的紅外石英燈之間的間距為25mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非接觸超高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外燈陣的熱流密度達(dá)到6000W/m2以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸高熱流密度紅外燈陣加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外燈陣框架材料為30號(hào)角鋼，厚度為2mm。
【文檔編號(hào)】B64G7/00GK103662112SQ201310643686
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】韓繼廣, 季琨, 陳麗, 周?chē)?guó)鋒, 王大東, 李艷臣 申請(qǐng)人:上海衛(wèi)星裝備研究所