[發明專利]一種臨近空間臭氧環境地面模擬方法

在審

• 申請號: 201810093814.2
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108254304A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 魏強;張婷婷;楊桂民;蔣東華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 王顕

本發明公開了一種臨近空間臭氧環境地面模擬方法，所述方法包括將樣品放入實驗容器中并將實驗容器抽真空，然后通入臭氧并維持實驗容器內部臭氧濃度，最后調節所述樣品的轉速的步驟。與現有技術相比，本發明的臭氧環境地面模擬方法對設備要求低，且操作過程簡單、方便易行，是一種經濟可靠的臨近空間臭氧環境地面模擬方法；本發明的臭氧環境地面模擬方法考慮了臨近空間的氣體流場，提高了臨近空間臭氧模擬環境的真實性與可靠性。

技術領域

本發明屬于航空航天技術領域，特別涉及一種模擬方法，尤其涉及一種臨近空間臭氧環境地面模擬方法。

背景技術

臨近空間是位于通常的“天空”(20km以下)和“太空”(200km以上)之間，大致包括平流層、中間層和部分電離層區域，是從天空到太空的過渡區域，作為空天一體化重要環節；對于臨近空間的研究已成為世界大國關注的焦點。臨近空間中空氣密度、風場、臭氧、紫外輻射等環境因素十分獨特，對臨近空間飛行器的研制和應用具有重要影響。因此，為適應臨近空間飛行器技術的發展，開展臨近空間環境效應及環境試驗方法研究具有重要意義。

太陽紫外光解離大氣氧分子產生氧原子，氧原子與氧分子進一步反應生成臭氧。臨近空間由于無云層遮擋，臭氧濃度高，紫外線輻射強。臭氧具有很強的氧化能力，對暴露在臨近空間的材料的腐蝕作用很強；紫外線的輻射會使材料變脆斷裂。隨著高度上升大氣密度下降，相同體積下大氣所能產的浮力也急劇下降。臨近空間飛行器為保證足夠升力，則需要巨大的體積或高速飛行。同時，臨近空間中存在0～200m/s左右的風場，高速飛行會進一步引起很大的氣動加熱和流體沖刷等問題。目前已有文獻報道了部分材料在臭氧、紫外輻射作用下的腐蝕老化效應，然而對于臭氧腐蝕老化和氣動流體場共同綜合作用下材料性能退化規律的研究還很少。

發明內容

本發明的目的是提供一種臨近空間臭氧環境地面模擬方法，實現臭氧腐蝕老化和氣動流體環境綜合模擬，提高臨近空間臭氧暴露試驗的真實可靠性。

為此，本發明技術方案如下：

第一方面，本發明提供一種臨近空間臭氧環境地面模擬方法，所述方法包括將樣品放入實驗容器中并將實驗容器抽真空，然后通入臭氧并維持實驗容器內部臭氧濃度，最后調節所述樣品的轉速的步驟。

優選地，所述方法包括以下步驟：

(1)將樣品固定在實驗容器內部的碟盤狀樣品支架上，然后將實驗容器抽真空(更優選的方式是采用機械泵和分子泵兩級抽真空系統)；

(2)通過臭氧發生器向已抽真空的實驗容器內通入臭氧，并維持臭氧濃度；

(3)通過調節實驗容器底部的馬達轉速實現調節所述碟盤狀樣品支架上樣品的轉速，使所述樣品的表面相對于實驗容器內部的臭氧分子具有相對運動線速度，從而實現對臨近空間臭氧環境地面的模擬。

優選地，通過調節樣品所在的碟盤狀樣品支架的轉速和/或調節樣品的轉動半徑，使所述樣品的表面相對于實驗容器內部的臭氧分子具有相對運動線速度，模擬氣動流體場的沖刷效應，實現對臨近空間臭氧環境地面的模擬。例如，可以調節實驗容器底部的馬達轉速實現調節樣品所在的碟盤狀樣品支架的轉速，或者調節樣品的轉動半徑，或者同時調節樣品所在的碟盤狀樣品支架的轉速和調節樣品的轉動半徑，使所述樣品的表面相對于實驗容器內部的臭氧分子具有相對運動線速度，具體方式的選擇由于篇幅的限制不再一一列舉，可根據實際情況進行任意組合。

優選地，所述實驗容器內部的真空度至少為6×10^-2Pa，以保證容器內樣品與臭氧的腐蝕作用不受其他環境因素的干擾。如果真空度不足，殘留氮氣分子等會對實驗效果產生較大影響。真空度例如可以是5×10^-2Pa、1×10^-3Pa、5×10^-3Pa、1×10^-4Pa、5×10^-5Pa或1×10^-6Pa，由于篇幅的限制，在此不再一一列舉。