[發明專利]一種串連式電弧等離子體發生器

在審

• 申請號: 201711220756.7
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107949139A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 陳峰;陳連忠;劉祥
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: H05H1/28
• 分類號: H05H1/28
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 范曉毅

技術領域

本發明涉及電弧等離子體發生器技術領域，尤其涉及一種低壓、高焓、便于組裝的模塊化串連式電弧等離子體發生器。

背景技術

電弧等離子發生器是國內外航天飛行器熱防護地面模擬試驗研究的核心設備，是解決導彈、返回式衛星、載人飛船返回艙等高超聲速飛行器熱防護地面考核的重要手段。當前國內型號研制對電弧等離子發生器性能的需求不斷提高，串連式電弧等離子體發生器以其高焓低污染的特性逐漸成為氣動防熱領域的主力設備。

目前，串連式電弧等離子體發生器包括首尾依次連接的正極模塊、電弧運行模塊和負極模塊，所述正極模塊用于與電源正極連接，所述負極模塊用于與電源負極連接，所述正極模塊、電弧運行模塊及負極模塊分別由多個具有獨立冷卻系統的金屬疊片首尾串連形成。

現有串連式電弧等離子體發生器，金屬薄疊片數量要幾百個，組裝起來相當復雜；同時，每個薄疊片有各自的冷卻水道和進氣通道，薄疊片與薄疊片之間還有絕緣要求，試驗過程中很容易因為某個疊片的冷卻或絕緣發生問題而導致整個等離子體發生器的燒毀。

發明內容

本發明的目的在于提供一種串連式電弧等離子體發生器，避免單個疊片發生問題時導致的整個等離子體發生器燒毀的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種串連式電弧等離子體發生器，包括首尾依次串連的正極模塊、電弧運行模塊及負極模塊，所述電弧運行模塊包括首尾相接的至少兩個電弧運行段，所述電弧運行段設有電弧運行空腔、水循環空腔、至少兩條第一水通道、至少兩條第二水通道，所述水循環空腔環繞所述電弧運行空腔設置，所述第一水通道沿平行于軸線方向貫穿所述電弧運行段，所述第一水通道與所述水循環空腔通過所述第二水通道連通。

在一可選實施例中，所述電弧運行段還設有第一氣通道及第二氣通道，所述第一氣通道均沿平行于軸線方向貫穿所述電弧運行段，所述第一氣通道與所述電弧運行空腔通過所述第二氣通道連通。

在一可選實施例中，所述電弧運行模塊還包括兩個轉接段，所述至少兩個電弧運行段首尾相接，且兩端各與一所述轉階段連接，所述轉接段設有水嘴和進氣口，所述水嘴與所述第一水通道一一對應且連通，用于注水或排水，所述進氣口與所述第一氣通道連通，用于向所述第一氣通道內注氣。

在一可選實施例中，所述第一水通道截面呈弧形。

在一可選實施例中，所述電弧運行段對稱設有四個所述第一水通道，所述第一水通道截面弧形對應的圓心角為20-50°。

在一可選實施例中，所述正極模塊包括依次串連的起弧段、至少一正極中間段和尾堵蓋，所述起弧段上設有引弧孔，所述起弧段和所述至少一正極中間段各段均設有獨立水循環系統，且在使用時，各段分別與電源正極連接。

在一可選實施例中，所述起弧段和所述至少一正極中間段各段均設有磁場線圈。

在一可選實施例中，所述負極模塊包括依次串連的噴管和至少一負極中間段，各所述負極中間段設有獨立水循環系統，所述負極中間段用于與電源負極連接。

在一可選實施例中，所述負極模塊包括至少兩個負極中間段，在使用時，各段分別與所述電源負極連接。

在一可選實施例中，所述至少一負極中間段各段均設有磁場線圈。

在一可選實施例中，所述正極模塊和所述負極模塊均設有進氣通道，且同一模塊各段之間的進氣通道連通。

在一可選實施例中，各段均包括內套管和外套管，所述內套管兩端均設有外翻邊，所述內套管位于所述外套管的空腔內，且兩端的所述外翻邊與所述外套管密封連接形成所述水循環空腔，所述外套管之間通過連接件固定連接，通過密封件密封。

在一可選實施例中，所述外套管為絕緣材質。

本發明至少包括以下有益效果：

(1)本發明實施例提供的串連式電弧等離子體發生器，通過設置貫穿電弧運行段的第一水通道，使各電弧運行段串連時，第一水通道連通，通過第一水通道進水或排水，使水通過各段的第二水通道進入或排出水循環空腔，使各段使用同一冷卻水系統，避免了因為某段的冷卻發生問題而導致的整個等離子體發生器的燒毀的問題；

(2)本發明實施例提供的串連式電弧等離子體發生器拆卸、組裝方便，通過增加或減少電弧運行段的數量即可調整電弧等離子體發生器工作的焓值及發生器功率；

(3)通過將第一水通道的截面設計成弧形，有利于擴大冷卻水的擴散面積，避免了由于水流過急冷卻水擴散不及時導致的管內流動阻力增大，提高了冷卻效率；