[發(fā)明專利]一種3D打印電弧加熱器旋氣室

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011617056.3
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112744370A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 文鵬;劉雨翔;閆憲翔;歐東斌;楊國銘
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航天空氣動力技術(shù)研究院
• 主分類號: B64G7/00
• 分類號: B64G7/00;G01N25/00
• 代理公司: 北京八月瓜知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11543
• 代理人: 李斌

本發(fā)明提供了一種3D打印電弧加熱器旋氣室，旋氣室采用金屬3D打印增材制造技術(shù)加工并一體成型，包括基體、冷卻水道和高壓氣道，基體為片狀圓筒形結(jié)構(gòu)，冷卻水道與高壓氣道呈環(huán)形依次排列于基體內(nèi)外壁之間，兩者互不相通，并與基體環(huán)形內(nèi)腔同軸。高壓氣道由徑向進(jìn)氣孔經(jīng)圓環(huán)狀集氣環(huán)后又形成若干切向進(jìn)氣孔，切向進(jìn)氣孔穿過冷卻水道上預(yù)留空隙，沿基體內(nèi)壁切線進(jìn)入到基體內(nèi)腔中。本發(fā)明可以應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域氣動熱防護(hù)地面模擬試驗(yàn)中的電弧加熱器，實(shí)現(xiàn)旋氣室一體化設(shè)計，簡化了旋氣室加工與安裝工序工時，能夠具有比傳統(tǒng)電弧加熱器旋氣室更低的故障率，提高旋氣室在工作狀態(tài)下的冷卻性能、力學(xué)性能以及使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種3D打印電弧加熱器旋氣室，屬于航空航天飛行器氣動熱地面模擬試驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

電弧加熱器是地面試驗(yàn)中模擬高超聲速熱障效應(yīng)卓具成效的設(shè)備之一，在高超聲速飛行器熱防護(hù)的研究中占據(jù)著重要地位。當(dāng)前，隨著高焓值大功率電弧加熱器設(shè)備的建成及投入使用，對加熱設(shè)備各分部件的性能提出了更高的要求。

目前，大多數(shù)類型的旋氣室殼體與進(jìn)氣環(huán)之間采用整體套裝焊接方式進(jìn)行連接。該結(jié)構(gòu)導(dǎo)致旋氣室結(jié)構(gòu)復(fù)雜度高，軸向結(jié)構(gòu)冗余度高，加工周期長，制約著加熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能的提高。此外，在電弧加熱器大功率運(yùn)行時，加熱器旋氣室內(nèi)部的高溫高壓流場容易使得焊縫間隙滲水漏氣，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。

鑒于以上問題，本發(fā)明提出一種新型電弧加熱器旋氣室，以提高旋氣室在工作狀態(tài)下的冷卻性能、力學(xué)性能及使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種3D打印電弧加熱器旋氣室，該旋氣室通過3D打印增材制造技術(shù)一體化成型而成，其在工作狀態(tài)下的冷卻性能、力學(xué)性能及使用壽命相比整體套裝焊接式旋氣室均有較大提升。

本發(fā)明提供一種3D打印電弧加熱器旋氣室，包括基體，所述基體是由金屬通過3D打印增材制造技術(shù)一體化成型的片狀圓筒形結(jié)構(gòu)，所述基體的中間設(shè)有一圓柱型內(nèi)腔；所述基體的內(nèi)壁和外壁間由內(nèi)到外依次設(shè)有互不相通的冷卻水道和高壓氣道，所述冷卻水道的橫截面呈圓環(huán)形，且其與所述基體的外壁間設(shè)有多個進(jìn)水孔，通過所述進(jìn)水孔可向所述冷卻水道內(nèi)通入冷卻水；所述高壓氣道包括集氣環(huán)及多個進(jìn)氣孔，所述集氣環(huán)設(shè)于所述冷卻水道的外側(cè)，其橫截面呈圓環(huán)形，所述進(jìn)氣孔分別設(shè)于所述集氣環(huán)與所述基體的內(nèi)壁或外壁間，用于向所述內(nèi)腔通入工作氣體。

優(yōu)選地，所述圓柱型內(nèi)腔的內(nèi)壁面上設(shè)有內(nèi)凹的橢圓型面，所述橢圓型面分別設(shè)于所述圓柱型內(nèi)腔的同一中軸面的兩端處，且所述橢圓型面的橫截面的長軸位于所述圓柱型內(nèi)腔的徑向方向。

優(yōu)選地，所述進(jìn)氣孔包括至少一徑向進(jìn)氣孔及多個切向進(jìn)氣孔，所述徑向進(jìn)氣孔設(shè)于所述集氣環(huán)與所述基體的外壁間，且其軸線與外壁表面相垂直，所述切向進(jìn)氣孔設(shè)于所述集氣環(huán)與所述基體的內(nèi)壁間。

優(yōu)選地，多個所述切向進(jìn)氣孔均勻分布于所述集氣環(huán)與所述基體的內(nèi)壁間，所述切向進(jìn)氣孔沿所述基體的內(nèi)壁的切線方向伸出并與所述集氣環(huán)相接通，工作氣體由所述徑向進(jìn)氣孔進(jìn)入所述集氣環(huán)內(nèi)，并由所述切向進(jìn)氣孔進(jìn)入所述內(nèi)腔中，形成緊貼內(nèi)壁的環(huán)形冷氣膜，產(chǎn)生氣壓差將電弧壓縮在內(nèi)腔的軸線附近。

優(yōu)選地，所述集氣環(huán)及各所述進(jìn)氣孔所在區(qū)域?yàn)橄蛩鰞?nèi)腔通入工作氣體的進(jìn)氣區(qū)域，沿旋氣室的軸線方向設(shè)有多個所述進(jìn)氣區(qū)域。

優(yōu)選地，所述冷卻水道上設(shè)有預(yù)留空隙，所述切向進(jìn)氣孔由所述基體的內(nèi)壁的切線方向穿過預(yù)留空隙，并與所述集氣環(huán)相接通。

優(yōu)選地，所述切向進(jìn)氣孔的軸線方向與旋氣室內(nèi)電弧旋轉(zhuǎn)方向的切線方向一致，所述切向進(jìn)氣孔內(nèi)表面呈兩端粗中間細(xì)的拉瓦爾噴管型面，其中部為截面最小的喉道，所述喉道的直徑不小于2mm。

優(yōu)選地，所述切向進(jìn)氣孔的數(shù)量不少于8個。

優(yōu)選地，所述冷卻水道與所述基體的內(nèi)壁表面的距離不大于1mm。