[發明專利]一種電弧風洞試驗設備

在審

• 申請號: 201810574401.6
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN108593245A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 馬寶合;范開春;單華偉;林雪峰;石磊;毛靖;肖勇;陳海亞
• 申請（專利權）人: 湖北航聚科技有限公司
• 主分類號: G01M9/04
• 分類號: G01M9/04
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 付登云

本發明涉及一種電弧風洞試驗設備，包括：依次連通的真空機組、油浴過濾器、熱交換器和真空室，其中，所述真空機組，用于將空氣壓縮為真空；所述油浴過濾器，用于過濾所述真空中的灰塵和雜質，得到純凈的真空；熱交換器，用于加熱所述純凈的真空，得到純凈的熱真空氣流以輸送給所述真空室；所述真空室內設有等離子炬和三維工件移動平臺，所述等離子炬用于通過電弧產生高溫氣體；所述三維工件移動平臺用于夾持待試驗工件在XYZ三軸方向上水平移動并繞Y軸在預設角度范圍內轉動，以改變待試驗工件與所述等離子炬的相對位置。本發明提供的技術方案，能夠簡化現有技術中小型等離子體風洞結構，降低試驗成本。

技術領域

本發明涉及飛行器材料高溫試驗設備技術領域，具體涉及一種電弧風洞試驗設備。

背景技術

大功率電弧風洞，是導彈、衛星和宇宙飛船等高超聲速飛行器研制的核心試驗設備。電弧風洞試驗被稱為“駕馭閃電的藝術”，就是人工制造出一段能夠穩定運行的閃電，在高氣壓條件下將氣流瞬間加熱，模擬飛行器面臨的高溫環境。

高超聲速飛行器需承受極為苛刻的飛行服役環境，其高溫結構材料及其防/隔熱涂層不僅要經受負壓環境下的外流沖刷和燒蝕，依據功能和部件需求，還可能面臨正壓條件下高能流密度、高化學活性來流的沖刷。研究熱防護材料在該類氣流沖刷條件下的燒蝕、抗氧化行為對于高超聲速飛行器選材及結構設計優化具有重要意義。風洞測試是研究材料在近真實飛行環境下力學特性的重要手段。

然而大型風洞運行成本高，并不適宜于大量開展材料特性相關研究。而采用小型等離子體風洞，可長時間穩定獲得高能流密度的等離子體射流，適宜于模擬材料壁面處的高焓流動。小型的等離子體風洞雖不能完全模擬高超聲速飛行器及其發動機受熱部件的特征環境、進行整體部件或結構檢測，但對于在小試樣上模擬材料表面的局部特征熱環境，開展材料燒蝕特性研究則具有獨特的優勢：它操作相對簡便、運行成本較低、可控性好，可有針對性地進行批量材料高溫燒蝕特性檢驗，為材料的大規模篩選提供依據，適宜于開展材料高溫性能演化機理研究；其改造和維護成本低，便于根據任務需求及時調整模擬環境，用于探索新的材料測試條件，并可為完善或建設新型大型風洞提供參考。

國際上一些著名研究機構專門建設了小型等離子體風洞用于防熱材料的性能檢驗和機理研究。德國斯圖加特大學使用最大功率約50kW的電弧等離子體風洞在氮-氧氣氛下獲得了比焓為6MJ/kg～11MJ/kg的等離子體射流，用于研究材料的駐點燒蝕特性。日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)為以較低成本實現大批量的材料性能檢測，專門建成了功率為110kW的高頻感應加熱等離子體風洞，擬對再入條件下飛行器熱防護材料進行高溫催化、燒蝕、氧化等性能研究。比利時馮卡門流體力學研究院(VonKarman Institute for FluidDynamics)在已有1.2MW等離子體風洞基礎上，建成了功率為15kW的感應加熱小型等離子體風洞，用于在相對較低熱流條件下進行材料表面催化特性研究。

現有技術中的小型等離子體風洞結構復雜，造價高，無法普及使用。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種電弧風洞試驗設備，以簡化現有技術中小型等離子體風洞結構，降低試驗成本。

為實現以上目的，本發明采用如下技術方案：

一種電弧風洞試驗設備，包括：依次連通的真空機組、油浴過濾器、熱交換器和真空室，其中，

所述真空機組，用于將空氣壓縮為真空；所述油浴過濾器，用于過濾試驗過程中產生的灰塵和雜質，保護真空機組；熱交換器，用于加熱真空，并將加熱后的真空輸送給所述真空室；所述真空室內設有等離子炬和三維工件移動平臺，所述等離子炬用于通過電弧產生高溫氣體；所述三維工件移動平臺用于夾持待試驗工件在XYZ三軸方向上水平移動并繞Y軸在預設角度范圍內轉動，以改變待試驗工件與所述等離子炬的相對位置。

優選地，所述三維工件移動平臺包括：工件固定裝置、兩根Y軸導軌、X軸導軌和Z軸導軌，