本實(shí)用新型涉及一種疊片式電弧加熱器電極冷卻結(jié)構(gòu)，屬于航空航天氣動熱防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電弧加熱試驗(yàn)設(shè)備是進(jìn)行氣動熱地面模擬試驗(yàn)研究的重要設(shè)備，它主要是利用電極間產(chǎn)生高溫電弧加熱空氣，再利用相應(yīng)的噴管形成所需要的高溫、高速流場，進(jìn)行氣動熱防護(hù)方面的地面試驗(yàn)研究。近年來，隨著空間再入飛行器和高超聲速武器系統(tǒng)的發(fā)展，其在再入大氣期間所經(jīng)歷的極端氣動熱環(huán)境成為該類高超聲速飛行器研制所面臨的最大挑戰(zhàn)，需要開發(fā)熱防護(hù)系統(tǒng)TPS對飛行器加以保護(hù)，而TPS的研發(fā)需要地面模擬試驗(yàn)設(shè)備能夠復(fù)現(xiàn)大尺寸部件上的熱環(huán)境。電弧加熱器利用電弧的高溫將氣體加熱到幾千至上萬度，用以模擬高速飛行器如高超聲速導(dǎo)彈、再入飛行器、空間探測器等在飛行過程中所承受的高溫、高壓的外部環(huán)境，對研究飛行器在特殊空間條件下所使用材料的耐燒蝕性能、隔熱性能等參數(shù)具有重要意義。由于采用常規(guī)的加熱手段無法獲得上萬度的高溫，因此，電弧加熱器試驗(yàn)成為目前地面模擬飛行器再入大氣環(huán)境的有效手段。隨著人類探測地球外部空間的深入及高超聲速飛行器的發(fā)展，迫切需要更大功率、更長壽命的電弧加熱器，以適應(yīng)航天事業(yè)的快速發(fā)展需要。

在一些運(yùn)行參數(shù)較高的試驗(yàn)中，大功率疊片式電弧加熱器電極出現(xiàn)過電極燒毀、電極燒損漏水等情況，其根本原因在于電極的冷卻不充分，導(dǎo)致局部過熱。通過分析燒損的電極部位發(fā)現(xiàn)，被燒損的部位基本都在進(jìn)出水的根部附近，說明電極運(yùn)行過程中，進(jìn)出水根部冷卻效果相對較差。利用數(shù)值建模和分析方法對傳統(tǒng)的疊片式電極冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳熱分析，可以看出在傳統(tǒng)疊片式電極法向進(jìn)出水根部出現(xiàn)了水流滯止區(qū)，整個電極的換熱很不均勻，很容易在運(yùn)行過程中造成局部換熱不佳而導(dǎo)致的電極燒損、電極漏水等故障。

由于目前電極的冷卻結(jié)構(gòu)是沿電極內(nèi)圓的法向按照一定的間隔，均布進(jìn)水管路和出水管路。采用這種結(jié)構(gòu)會形成水流停滯區(qū)，且冷卻效果分布不均勻，冷卻能力隨著冷卻液的流向快速遞減。在加熱器高功率運(yùn)行時，極易導(dǎo)致局部過熱從而燒損的情況，因此，急需對現(xiàn)有的疊片式電弧加熱器電極的冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種疊片式電弧加熱器電極冷卻結(jié)構(gòu)，通過沿電極內(nèi)圓的切向設(shè)置入水口和排水口，實(shí)現(xiàn)了冷卻液的快速流動，克服了傳統(tǒng)的電極冷卻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)水流停滯的難題；通過均勻設(shè)置入水口和排水口，避免了加熱器在高功率運(yùn)行時，出現(xiàn)局部過熱的情況，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的電極冷卻結(jié)構(gòu)冷卻效果分布不均的缺陷；通過在三個入水口與三個排水口之間分別設(shè)置水流通道，改善了電極的冷卻效果，解決了傳統(tǒng)的電極冷卻結(jié)構(gòu)使用壽命較低的問題。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：

一種疊片式電弧加熱器電極冷卻結(jié)構(gòu)，包括三個入水口、三個排水口和水流通道，三個入水口和三個排水口均為孔，在所述電極的側(cè)面均勻設(shè)置三個入水口，三個入水口均與所述電極的內(nèi)圓相切，三個排水口分別設(shè)置在三個入水口的旁邊，三個排水口分別與三個入水口平行，三個入水口與三個排水口之間分別設(shè)有用于流通冷卻液的水流通道。

在上述的一種疊片式電弧加熱器電極冷卻結(jié)構(gòu)中，所述三個入水口和三個排水口均為圓孔，三個入水口和三個排水口的軸線均與所述電極的內(nèi)圓相切，水流通道為空心圓形管路，水流通道的兩端分別與三個入水口和三個排水口固定連接。

在上述的一種疊片式電弧加熱器電極冷卻結(jié)構(gòu)中，所述三個入水口、三個排水口、水流通道的半徑比設(shè)為1:0.8:1.2。

在上述的一種疊片式電弧加熱器電極冷卻結(jié)構(gòu)中，所述三個入水口分別為第一入水口、第二入水口和第三入水口；第一入水口、第二入水口、第三入水口的孔徑均相同，第一入水口的孔徑范圍設(shè)為4～10mm。

在上述的一種疊片式電弧加熱器電極冷卻結(jié)構(gòu)中，所述三個排水口分別為第一排水口、第二排水口和第三排水口；第三排水口設(shè)置在第一入水口旁邊且與第一入水口平行，第一排水口設(shè)置在第二入水口旁邊且與第二入水口平行，第二排水口設(shè)置在第三入水口旁邊且與第三入水口平行。

在上述的一種疊片式電弧加熱器電極冷卻結(jié)構(gòu)中，所述第一入水口和第一排水口之間通過水流通道連通。

在上述的一種疊片式電弧加熱器電極冷卻結(jié)構(gòu)中，所述第二入水口和第二排水口之間通過水流通道連通。

在上述的一種疊片式電弧加熱器電極冷卻結(jié)構(gòu)中，所述第三入水口和第三排水口之間通過水流通道連通。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

【1】本實(shí)用新型的入水口和排水口均沿電極內(nèi)圓的切向進(jìn)行設(shè)置，有效避免了傳統(tǒng)疊片式加熱器電極冷卻結(jié)構(gòu)沿電極內(nèi)圓的法向進(jìn)水、法向出水，提高了電極的冷卻效率。

【2】本實(shí)用新型的水流通道采用空心圓形管路，顯著提升了冷卻液的流速，有效確保整個電極的冷卻過程更加均勻，大幅延長了疊片式加熱器電極的使用壽命。

【3】本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)精巧、簡潔高效、通用便捷，適用于多種工作環(huán)境，特別適用于電弧加熱設(shè)備中噴管、喉道、疊片結(jié)構(gòu)。

【4】本實(shí)用新型的水流通道便于維修和更換，而且生產(chǎn)成本較低，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)圖

圖2為本實(shí)用新型內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

其中：1入水口；101第一入水口；102第二入水口；103第三入水口；2排水口；201第一排水口；202第二排水口；203第三排水口；3水流通道；

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的方案更加明了，下面結(jié)合附圖說明和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述：

如圖1～2所示，一種疊片式電弧加熱器電極冷卻結(jié)構(gòu)，包括三個入水口1、三個排水口2和水流通道3，三個入水口1和三個排水口2均為孔，在所述電極的側(cè)面均勻設(shè)置三個入水口1，三個入水口1均與所述電極的內(nèi)圓相切，三個排水口2分別設(shè)置在三個入水口1的旁邊，三個排水口2分別與三個入水口1平行，三個入水口1與三個排水口2之間分別設(shè)有用于流通冷卻液的水流通道3。

三個入水口1和三個排水口2均為圓孔，三個入水口1和三個排水口2的軸線均與所述電極的內(nèi)圓相切，水流通道3為空心圓形管路，水流通道3的兩端分別與三個入水口1和三個排水口2固定連接。

三個入水口1、三個排水口2、水流通道3的半徑比設(shè)為1:0.8:1.2。

優(yōu)選的，三個入水口1分別為第一入水口101、第二入水口102和第三入水口103；第一入水口101、第二入水口102、第三入水口103的孔徑均相同，第一入水口101的孔徑范圍設(shè)為5mm。

三個排水口2分別為第一排水口201、第二排水口202和第三排水口203；第三排水口203設(shè)置在第一入水口101旁邊且與第一入水口101平行，第一排水口201設(shè)置在第二入水口102旁邊且與第二入水口102平行，第二排水口202設(shè)置在第三入水口103旁邊且與第三入水口103平行。

第一入水口101和第一排水口201之間通過水流通道3連通。

第二入水口102和第二排水口202之間通過水流通道3連通。

第三入水口103和第三排水口203之間通過水流通道3連通。

入水口1和排水口2的端面距離設(shè)為20～30mm。

入水口1和排水口2的最小截面積均設(shè)為10mm²。

水流通道3的截面積范圍是8～12mm²。

本實(shí)用新型的工作原理是：

當(dāng)疊片式電弧加熱器電極需要冷卻時，同時將冷卻液注入第一入水口101、第二入水口102和第三入水口103，冷卻液快速通過三個入水口1與水流通道3的交匯處并進(jìn)入水流通道3，持續(xù)加注冷卻液，直至冷卻液同時從第一排水口201、第二排水口202和第三排水口203流出，即可確保疊片式電弧加熱器電極整體的快速冷卻。

本實(shí)用新型說明書中未詳細(xì)描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。