基于數(shù)值仿真的接觸式加熱器優(yōu)化設計

田 敏

(中國飛機強度研究所，陜西 西安 710065)

1 引 言

結(jié)構(gòu)熱試驗是測試飛行器防熱/隔熱的主要手段。結(jié)構(gòu)熱試驗過程中使用的加熱設備可分為接觸式加熱器(亦稱加熱帶)和非接觸式加熱器兩種。非接觸式加熱器采用輻射加熱，主要以石英燈、石墨為高溫元件，已成功應用于飛行器熱試驗之中[1-4]；接觸式加熱器根據(jù)電阻元件形狀不同，分為帶狀、電熱絲和電熱管等加熱方式，已成功應用于常規(guī)高超聲速風洞連續(xù)式加熱試驗之中[5]。

在穩(wěn)態(tài)熱試驗中，接觸式加熱是一種簡便易行的加熱方式，特別適用于試驗件表面同時承受均布壓力和溫度載荷的熱力聯(lián)合試驗。由于電熱絲發(fā)出的熱源是一種線狀熱源，直接接觸試驗件會造成試驗件的溫度不均勻，特別是對熱導率較低的復合材料試驗件，可能會造成試驗件過熱損傷。因此，必須對接觸式加熱帶進行優(yōu)化設計。

2 接觸式加熱器功率設計

接觸式加熱器由內(nèi)部的電熱絲和外部的絕緣層組成。內(nèi)部電熱絲在通電情況下作為發(fā)熱元件，外部的絕緣層除了有絕緣的效果，也作為勻熱部件使用。如果外部的絕緣層太薄、傳熱過快，或直接與試驗件表面接觸等，將會造成試驗件過熱損傷。因此，在試驗件與加熱帶之間加裝勻熱材料，使與試驗件接觸的勻熱層表面溫度均勻。

接觸式加熱器的原理是利用電能產(chǎn)生熱量，通過輻射方式把熱量傳給勻熱層，勻熱層再把熱量通過熱傳導方式傳給試驗件?！?br>