一种高超声速飞行器热环境模拟用电弧加热器制造技术

本发明专利技术涉及一种高超声速飞行器热环境模拟用电弧加热器及移动磁场控制电弧弧根的方法，该电弧加热器，包括：管状电极、磁场线圈和移动机构；所述管状电极包括负电极和正电极，以及连接所述负电极和正电极形成绝缘间隔的弧室；所述弧室上设置有切向进气孔，用于引入高压旋转空气；所述磁场线圈，包括第一磁场线圈和第二磁场线圈，分别套设在所述负电极和正电极外；所述移动机构，用于沿所述管状电极的轴向移动所述第一磁场线圈，和/或所述第二磁场线圈。本发明专利技术通过改变磁场线圈的位置来改变磁场洛伦兹力轴向分量的位置，使电弧弧根在电极内壁轴向的某个位置与气动力轴向分量平衡，从而控制电弧弧根的位置，提高电弧运行的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种高超声速飞行器热环境模拟用电弧加热器
本专利技术涉及高超声速飞行器
，尤其涉及一种高超声速飞行器热环境模拟用电弧加热器及一种移动磁场控制电弧弧根的方法。
技术介绍
电弧加热器是开展高超声速飞行器热环境模拟试验的重要地面设施，电弧加热器采用电弧放电加热空气形成高温高速流场进行试验。电弧加热器运行参数的精确度、重复性和时间稳定性对试验模拟逼近真实飞行环境以及提高试验的精细度均有较大的影响。目前，电弧加热器存在以下缺陷：电极局部烧损大，使用寿命短，可靠性不高，在大功率、长时间运行条件下故障率较高，常常导致试验中因电弧加热器故障而被迫终止，甚至造成模型报废。经研究表明，电弧加热器外加磁场对电弧弧根进行控制，改善电弧运行的参数波动，提高电弧运行的稳定性，提高试验流场参数精度和重复性具有重要的作用。但是，现有技术中磁场线圈固定在电极外壳上，不能够满足电弧加热器宽范围、多种试验状态及工况参数稳定运行的需求。此外，电弧弧根常常在一个固定位置对电极进行剧烈烧蚀，使其局部损坏而导致整个电极报废，导致试验成本增加，风险加大。因此，针对以上不足，需要提供一种通过外加磁场控制电弧弧根的电弧加热器及方法来提高电弧宽范围参数运行稳定性、延长电极寿命，降低试验成本和风险。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于现有技术存在不能满足电弧加热器宽范围、多种试验状态及工况参数稳定运行的需求，且电极局部烧损大、使用寿命短、可靠性低的问题，针对现有技术中的缺陷，提供了一种高超声速飞行器热环境模拟用电弧加热器及一种移动磁场控制电弧弧根的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高超声速飞行器热环境模拟用电弧加热器，包括：管状电极、磁场线圈和移动机构；所述管状电极包括负电极和正电极，以及连接所述负电极和正电极形成绝缘间隔的弧室；所述弧室上设置有切向进气孔，用于引入高压旋转空气；所述磁场线圈，包括第一磁场线圈和第二磁场线圈，分别套设在所述负电极和正电极外；所述移动机构，用于沿所述管状电极的轴向移动所述第一磁场线圈，和/或所述第二磁场线圈。优选地，所述磁场线圈产生的洛伦兹力切向分量与气动力切向分量方向相同，所述洛伦兹力轴向分量与气动力轴向分量相反。优选地，所述移动机构包括伺服电机、丝杠和丝杠螺母；所述磁场线圈固定在所述丝杠螺母上，所述伺服电机通过所述丝杠螺母带动第一磁场线圈在负电极外沿轴向往复移动、和/或带动第二磁场线圈在正电极外沿轴向往复移动。优选地，所述切向进气孔的角度为30度至60度。优选地，所述弧室包括至少三排切向进气孔，且每排切向进气孔的数量为六个。优选地，所述电弧加热器还包括：电极支座；所述电极支座用于支撑所述负电极和正电极。优选地，所述移动机构安装在所述电极支座上。优选地，所述电弧加热器还包括控制器，用于按照预定时间间隔控制移动机构移动所述第一磁场线圈，和/或第二磁场线圈；所述控制器还用于调整第一磁场线圈，和/或第二磁场线圈中电流大小。本专利技术还提供了一种移动磁场控制电弧弧根的方法，基于前述任一项所述的高超声速飞行器热环境模拟用电弧加热器实现；所述方法包括以下步骤：检测是否满足弧根移动条件，是则通过移动机构调整磁场线圈的位置或者调整此处磁场线圈中电流大小。优选地，所述检测是否满足弧根移动条件为：检测弧根烧蚀程度是否达到预设程度；或者当前磁场线圈位置的工作时间是否达到预设时间间隔。实施本专利技术的高超声速飞行器热环境模拟用电弧加热器及移动磁场控制电弧弧根的方法，具有以下有益效果：1、通过弧室旋转进气，产生切向的压力梯度，将电弧压缩在电极中心的轴线附近，气动力切向分量驱动电弧弧根旋转，同时，气动力轴向分量使电弧向两端拉长；2、在电极外设置磁场线圈，该磁场线圈采用一定数量的线并叠加组合，磁场线圈产生洛仑兹力，洛仑兹力切向分量与气动力切向分量叠加，加速电弧弧根的旋转运动，洛仑兹力轴向分量与气动力轴向分量方向相反，推动电弧弧根在电极管内轴向缩短的方向移动；3、在弧室进气参数一定的条件下，通过改变磁场线圈线并数量和调整磁场线圈中电流大小来改变磁场洛伦兹力轴向分量的大小，以及通过改变磁场线圈的位置来改变磁场洛伦兹力轴向分量的位置，使电弧弧根在电极内壁轴向的某个位置与气动力轴向分量平衡，从而控制电弧弧根的位置，提高电弧运行的稳定性，且能够满足电弧加热器宽范围、多种试验状态及工况参数稳定运行的需求；4、通过改变磁场洛伦兹力轴向分量的大小或位置，将电弧弧根从电极烧损严重的位置移动到烧损较小的位置，实现电极寿命的延长。附图说明图1是本专利技术实施例提供的高超声速飞行器热环境模拟用电弧加热器的示意图；图2a为电弧受磁场洛伦兹力和气动力作用示意图；图2b为图2a的A-A向示意图。图中：1：负电极；2：第一磁场线圈；3：弧室；4：正电极；5：移动支座；6：移动机构；7：第二磁场线圈。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术实施例提供的高超声速飞行器热环境模拟用电弧加热器的示意图。该电弧加热器包括管状电极、磁场线圈和移动机构6。其中管状电极包括负电极1和正电极4，通过负电极1和正电极4产生电弧。正电极4的一端连接试验喷管，气流从喷管喷出进行试验。在一个实施例中，负电极1和正电极4均采用空心管状电极。例如在一个具体的实施例中，负电极1的内径为110mm，长度为1100mm，正电极4的内径为80mm，长度为1800mm。应该理解的是，在高超声速飞行器热环境模拟领域中，负电极对应于后电极，正电极对应于前电极。电弧加热器还包括弧室3。弧室3位于负电极1和正电极4之间，形成绝缘间隔，并能够引入高压旋转空气。弧室3包括切向进气孔，该弧室3处设置旋转进气，在一个实施例中，切向进气孔的角度优选设置为30度到60度。例如切向进气孔的角度可以为45度，也可以为60度，具体根据试验状态进行设置。在一个更具体的实施例中，弧室3包括至少三排切向进气孔，且每排切向进气孔的数量为六个，切向进气孔的直径可设置为3mm。此处切向进气孔的数量、尺寸及分布根据试验状态和气体流动需要可进行设定。该电弧加热器还包括磁场线圈。该磁场线圈包括第一磁场线圈2和第二磁场线圈7，第一磁场线圈2套设在负电极1的外壳外，第二磁场线圈7套设在正电极4的外壳外。在一个实施例中，该磁场线圈由不少于一并线圈叠加组合而成，线圈线并数量具体根据试验条件进行设定，例如，磁场线圈可以包括8并串联的线圈，每并线圈为8匝。通过管状电极外的磁场线圈产生洛仑兹力，洛仑兹力切向分量与弧室3进入气流的气动力切本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高超声速飞行器热环境模拟用电弧加热器，其特征在于，包括：管状电极、磁场线圈和移动机构；/n所述管状电极包括负电极和正电极，以及连接所述负电极和正电极形成绝缘间隔的弧室；所述弧室上设置有切向进气孔，用于引入高压旋转空气；/n所述磁场线圈，包括第一磁场线圈和第二磁场线圈，分别套设在所述负电极和正电极外；/n所述移动机构，用于沿所述管状电极的轴向移动所述第一磁场线圈，和/或所述第二磁场线圈。/n

【技术特征摘要】
1.一种高超声速飞行器热环境模拟用电弧加热器，其特征在于，包括：管状电极、磁场线圈和移动机构；
所述管状电极包括负电极和正电极，以及连接所述负电极和正电极形成绝缘间隔的弧室；所述弧室上设置有切向进气孔，用于引入高压旋转空气；
所述磁场线圈，包括第一磁场线圈和第二磁场线圈，分别套设在所述负电极和正电极外；
所述移动机构，用于沿所述管状电极的轴向移动所述第一磁场线圈，和/或所述第二磁场线圈。


2.根据权利要求1所述的高超声速飞行器热环境模拟用电弧加热器，其特征在于：所述磁场线圈产生的洛伦兹力切向分量与气动力切向分量方向相同，所述洛伦兹力轴向分量与气动力轴向分量方向相反。


3.根据权利要求1所述的高超声速飞行器热环境模拟用电弧加热器，其特征在于：所述移动机构包括伺服电机、丝杠和丝杠螺母；所述磁场线圈固定在所述丝杠螺母上，所述伺服电机通过所述丝杠螺母带动第一磁场线圈在负电极外沿轴向往复移动、和/或带动第二磁场线圈在正电极外沿轴向往复移动。


4.根据权利要求1所述的高超声速飞行器热环境模拟用电弧加热器，其特征在于：所述切向进气孔的角度为30度至60度。


5.根据权利要求4所述的高超声速飞行器热环境模拟用电弧加...

【专利技术属性】
技术研发人员：隆永胜，杨斌，赵顺洪，袁竭，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51