[發明專利]一種超音速噴砂槍

有效

• 申請號: 201610885974.1
• 申請日: 2016-10-10
• 公開（公告）號: CN106525627B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 顏誠;陳偉;李炎;趙振華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N3/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

本發明公開了一種超音速噴砂槍，包括拉瓦爾管、連通拉瓦爾管的擴張管、連通拉瓦爾管的加速管。混砂管采用氣流減速，砂粒增速的設計方法，以使砂粒與氣體在通過拉瓦爾管之前能混合均勻；加速管采用具有微小擴張角的形面的設計方法，這樣既能使砂粒持續獲得較大推力進而加速至設定超聲速，又能降低氣流受沿程阻力的影響。拉瓦爾管采用曲面設計方法，這樣既能減輕砂粒對喉道的磨損，又能在拉瓦爾管出口處獲得軸向速度梯度為零的高品質氣流，使砂粒盡可能保持沿軸線運動減少砂粒與管壁碰撞，從根本上提高噴槍的耐磨性。

技術領域

本發明涉及噴砂槍結構設計領域。

背景技術

近十多年來，材料抗砂粒沖蝕性能的相關研究不斷取得進步。目前，砂粒沖蝕研究主要通過氣體或者液體為砂粒加速沖蝕撞擊靶材。前者為氣固沖蝕后者為液固沖蝕。金屬材料的抗沖蝕試驗通常采用干燥空氣加速砂粒的沖蝕方式，原因是空氣相對于液體更能減少除開砂粒之外的因素對金屬研究對象的影響。而靠空氣推動砂粒使其加速，效率十分有限。要獲得更大的砂粒速度，只能提高空氣的流速來實現。

對于提高空氣流速，一種方式是利用環狀拉瓦爾管在一定氣流總壓下形成一股固定馬赫數的超音速氣流，靠超音速氣流對砂粒形成引射效應，進而實現噴砂。該方法有一些不足之處：第一，該結構的內腔有一環狀楔形面與裝入內腔的截錐柱形進砂嘴組成的一個環狀拉瓦爾管；靠截錐柱肩部與楔形面形成拉瓦爾管的喉部；靠截錐柱形進砂嘴端部形面與楔形面形成拉瓦爾管的收縮與擴張面，且均為錐形。由此可知該拉瓦爾管出口處的流場品質必定較差，形成散射，這使得砂粒幾乎都會與管道壁面發生碰撞，嚴重影響砂粒速度。第二，由單一進氣口提供高壓氣體，而又靠環狀拉瓦爾管作輸出，且形成超音速氣流之后再流向收縮管道，這使得拉瓦爾管出口處軸對稱位置形成的激波能量相互抵消，影響氣流速度，進而影響砂粒速度。第三，該方法是先形成超音速氣流，再通過引射原理吸入砂粒進而對其加速。因為靠引射吸入的砂粒具備的初速度很低，加上該結構設計的導流管很短，說明砂粒加速行程短，所以理論上來說，該方法很難使砂粒加速至音速，要跨越音速則難上加難。

有一種方式是通過向由薄膜隔斷的容器中不斷填充氣體，待壓力到達一定值時，薄膜破裂，容器中的帶壓力氣體流向一段激波管，進而形成激波，其帶動波后氣體驅動砂粒，最終使砂粒獲得一定速度。此方法操作復雜；由于薄膜材料的分散性，讓其作隔斷以使氣體增壓的方法將給安放試驗件的人員帶來極大的安全隱患；更重要的在文獻中沒有提及該方法能使砂粒實現超音速。

有一種方式是通過燃料在噴槍內燃燒室燃燒而使氣體產生膨脹，從而使粒子在高溫高壓焰流的帶動下加速，以超音速狀態噴出。此方法雖然能使固體顆粒實現超音速，可由于燃燒傳熱的作用，噴出的高溫焰流將不可避免地對沖蝕試驗受件造成影響；由于該方法產生的氣流速度受燃燒、傳熱和氣力輸送等多種復雜因素影響，要精確控制氣流和固體顆粒速度必定不會簡單；該方法所涉及的元器件較多，設備結構復雜，操作繁瑣。

綜合以上說明，需要一種新的技術方案以解決上述問題。

發明內容

發明目的：本發明公開的超音速噴砂槍在結構簡單的前提下能夠將砂粒加速至超音速，并且能形成良好品質的流場氣流。

技術方案：為達到上述目的，本發明可采用如下技術方案：

一種超音速噴砂槍，包括進砂裝置；還包括連通進砂裝置出砂孔的擴張管、連通擴張管的拉瓦爾管、連通拉瓦爾管的加速管；所述擴張管包括與出砂孔連接的逐漸擴張的過渡管及自過渡管向前延伸的主管體，所述主管體的直徑大于出砂孔、拉瓦爾管及加速管的直徑；所述拉瓦爾管的收縮段連接擴張管，拉瓦爾管的擴張段連接加速管，所述加速管的內徑是逐漸擴張的。