[發明專利]一種基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置

有效

• 申請號: 202110598890.0
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113029495B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 肖金水;馬勛;顧云軍;楊光;李洪濤;陳其峰;鄧維軍;欒崇彪;康傳會;李松杰;丁明軍;檀妹靜;高揚;周禹;于明星;李潞寧
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00;G09B23/12;G09B23/18
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 馮玲玲

本發明公開了一種基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置，該裝置包括：電源能庫系統、驅動段、被驅動段、控制系統、真空系統和測試及數據采集系統，所述電源能庫系統為驅動段提供電流，驅動段在大電流作用下產生電爆炸，從而在驅動段爆炸腔體內產生高溫高壓氣體，沖破被驅動段與驅動段之間的隔膜，在被驅動段形成高速激波。本發明公開的基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置，是一種基于新原理、新方法設計的激波管實驗裝置，該裝置能夠產生至少40馬赫（約14km/s）的高超聲速激波，為研究高超聲速條件下的大氣載入真實氣體氣動熱、氣體動力學物理過程以及飛行器熱防護材料與結構設計等科學難題提供一種新的實驗裝置。

技術領域

本發明屬于航空航天領域，尤其涉及一種基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置。

背景技術

高超聲速飛行器作為一項具有重要軍事用途的技術，在全球范圍內廣受關注。激波是高超聲速飛行器所受流場中非常重要的一種流場結構。激波風洞、激波管等地面模擬設施，是目前開展高超聲速飛行器大氣或行星再入過程研究及探索的重要途徑。然而，隨著飛行器速度及高度的不斷提高，對激波管等地面模擬裝置的激波速度也提出了更高馬赫數的要求。

現有的激波管實驗裝置主要通過機械驅動或者爆轟驅動的方式產生高速激波，這兩種類型的驅動方式由于受到氣體分子熱傳導等物理機理的限制，產生的激波速度存在上限，難以達到更高的馬赫數要求。目前我國建造的上述驅動類型的激波管或者大型風洞激波模擬設施能達到的馬赫數均小于20Mach，相應激波速度約6~7km/s，很難滿足更高激波速度的研究需求。

因此，迫切需要探索一種基于新原理、新方法的激波管實驗裝置，打破現有技術的瓶頸，以產生更高馬赫數的激波，為研究高超聲速條件下的大氣載入真實氣體氣動熱、氣體動力學物理過程以及飛行器熱防護材料與結構設計等科學難題提供一種新的實驗研究手段。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置，該裝置利用大電流進行驅動，可產生至少40馬赫（14km/s）的高超聲速激波，用于高空稀薄空氣或其他行星再入過程的環境模擬。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：一種基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置，所述裝置包括：

電源能庫系統，所述電源能庫系統由多臺電容器并聯組成；

驅動段，所述驅動段與電源能庫系統中的多臺電容器通過同軸電纜連接，電源能庫系統為驅動段提供電流；

被驅動段，所述被驅動段由多個管體組成，被驅動段一端與驅動段連接，另一端末端為金屬盲板；

控制系統，所述控制系統通過遠程光纖隔離通訊與所述裝置連接；其包括但不限于電源能庫系統充放電控制、測試及數據采集控制和裝置啟停控制；

真空系統，所述真空系統包括多個真空設備，所述真空設備與驅動段和被驅動段連接；

測試及數據采集系統，所述測試及數據采集系統包括多種診斷設備，所述診斷設備包括但不限于壓力傳感器、光電倍增管和光譜儀，所述診斷設備安裝在被驅動段，并與數據采集卡連接。

優選的，所述驅動段包括：

不銹鋼外殼，所述不銹鋼外殼為傘狀回旋體，由水平圓盤與垂直方向的中空筒體一體成型；

絕緣層，所述絕緣層有上下兩層，依次安裝在不銹鋼外殼的水平圓盤上；

電流匯流環Ⅰ，所述電流匯流環Ⅰ為圓環狀導電體，電流匯流環Ⅰ上均勻分布多個電纜插接口，電流匯流環Ⅰ位于絕緣層上層，并與不銹鋼外殼通過導電連接件連接；