一种风洞电弧加热系统的配气装置及配气方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及风洞加热器技术领域，尤其涉及一种风洞电弧加热系统的配气装置及配气方法。该配气装置包括弧室配气部和混气室配气部，弧室配气部包括多个弧室调节结构，混气室配气部包括多个混气室调节结构，通过选取不同的弧室调节结构和混气室调节结构的组合，能够针对不同的试验调整流量、流速和不同的进气角度，使气流旋转进入弧室，形成中心低的压力梯度，将电弧弧柱包裹在冷气流中心，促使电弧弧柱拉长，混气室配气部根据弧室的配气情况进行调整，实现解旋和调温，且能够适应更大范围试验状态参数匹配。配气方法能够分别在冷态和热态下对试验时的电弧加热器流场混合均匀性进行快速测量，并根据反馈进行调节，减少电弧加热器热态调试次数。器热态调试次数。器热态调试次数。

【技术实现步骤摘要】
一种风洞电弧加热系统的配气装置及配气方法


[0001]本专利技术涉及风洞加热器
，尤其涉及一种风洞电弧加热系 统的配气装置及配气方法。

技术介绍

[0002]大型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设 备，常作为大型高超声速风洞的加热器。电弧加热器采用电弧放电加热 空气形成高温气流，加热目标材料或试验模型。电弧加热器加热空气时， 被加热的空气通常经过一组带有倾斜角度的小孔，旋转进入弧室，形成 中心低的压力梯度，将电弧弧柱包裹在冷气流中心，促使电弧弧柱拉长。 在电弧加热器的下游，通常设置一个混气室，加入冷气射流对高温气流 进行掺混，以调节总温参数，减少参数波动，提高空间均匀性。
[0003]常规设计的配气系统管路及进气孔结构参数(角度、数量、孔径) 固化，难以变化，适应的运行参数范围较窄。在模拟飞行器变轨道、宽 参数飞行条件时，需在一次试验中依次完成多个跨度较大的试验状态， 气流参数变化范围很大，达几个数量级(如0.01kg/s～10kg/s)。如果电 弧加热器弧室进气孔结构参数不发生相应的变化进行匹配，将导致进 气速度和形成的压力梯度无法控制电弧稳定运行。如果电弧加热器后 的混气室进气孔结构参数不发生相应的变化，混入的冷气动量不够，冷 气无法穿透高温热气流核心，导致冷、热气流掺混不均，温度分布不均 匀。冷空气会在喷管(位于电弧加热器的下游)入口贴近壁面流动一直 到喷管出口，造成喷管核心区小，中心温度数倍于平均温度。如果冷气 动量过大，将造成中心区域温度过低。反向混入气体旋转速度过大或过 小也无法消除来流的旋转。喷管出口流场不均匀，或存在旋转，将极大 地影响试验结果。
[0004]此外，在现有技术配气过程中，需要在热态(电弧运行)时测试和 调整配气，需要多次电弧加热器热态调试，成本较高。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本专利技术的第一个目的是提供一种风洞电弧加热系统的配气装置， 能够通过调节电弧加热器弧室及混气室气体流量、速度和进气角度的 不同组合，使流场与试验状态参数相匹配，适应更宽范围试验状态参数 相匹配的配气。
[0007]本专利技术的第二个目的是提供一种风洞电弧加热系统的配气方法， 能够对试验时的电弧加热器流场混合均匀性进行快速测量，并根据反 馈进行调节，使流场均匀性与试验状态参数相匹配，减少电弧加热器热 态调试次数，节约成本，提高试验效率。
[0008](二)技术方案
[0009]为了实现上述第一个目的，第一方面，本专利技术提供了一种风洞电弧 加热系统的配气装置，在其第一种实现方式中，配气装置包括弧室配气 部和混气室配气部，其中：
[0010]弧室配气部包括多个沿弧室的轴向间隔设置的弧室调节结构，每 个弧室调节结
构包括弧室进气管、弧室环形腔和多个弧室进气孔，弧室 环形腔环绕在弧室的外侧与弧室同轴，并通过弧室进气管与弧室气源 连通，弧室进气管上设有弧室调节阀，多个弧室进气孔的直径和角度均 相同，并在弧室环形腔的周向上均匀间隔设置，连通弧室和弧室环形腔；
[0011]每个弧室调节结构的弧室进气孔的倾斜角度均大于0
°
，且至少有 两个弧室调节结构的弧室进气孔的倾斜角度和直径不同，每个弧室调 节结构的弧室进气孔均向第一方向倾斜，由上游至下游，相邻的两个弧 室调节结构的弧室进气孔之间，位于下游的弧室进气孔的倾斜角度不 大于位于上游的弧室进气孔的倾斜角度，位于下游的弧室进气孔直径 不小于位于上游的弧室进气孔直径，弧室气源的气流经弧室进气孔以 第一预设进气速度进入弧室，并沿第一方向旋转流向位于下游的混气 室；
[0012]混气室配气部包括多个沿混气室的轴向间隔设置的混气室调节结 构，每个混气室调节结构包括混气室进气管、混气室环形腔和多个混气 室进气孔，混气室环形腔环绕在混气室的外侧与混气室同轴，并通过混 气室进气管与混气室气源连通，混气室进气管上设有混气室调节阀，多 个混气室进气孔的直径和角度均相同，并在混气室环形腔的周向上均 间隔设置，连通混气室和混气室环形腔；
[0013]至少有一个混气室调节结构的混气室进气孔的倾斜角度大于0
°
， 至少有一个混气室调节结构的混气室进气孔的倾斜角度等于0
°
，且混 气室进气孔的倾斜角度等于0
°
的混气室调节结构位于混气室进气孔 的倾斜角度大于0
°
的混气室调节结构的下游，倾斜角度等于0
°
的混 气室进气孔均向第二方向倾斜，第一方向和第二方向为相反方向，由上 游至下游，相邻的两个混气室调节结构的混气室进气孔之间，位于下游 的混气室进气孔的倾斜角度不大于位于上游的混气室调节结构的混气 室进气孔的角度，位于下游的混气室进气孔直径不小于位于上游的混 气室进气孔直径，混气室气源的气流经混气室进气孔以第二预设进气 速度进入混气室，对弧室的来流进行解旋和调温。
[0014]可选地，弧室的出口端设有弧室收缩斜面，引导弧室内的旋转气流 向混气室方向流动。
[0015]可选地，弧室配气部包括四个弧室调节结构，且由上游至下游依次 为第一弧室调节结构、第二弧室调节结构、第三弧室调节结构和第四弧 室调节结构；
[0016]混气室配气部包括四个混气室调节结构，且由上游至下游依次为 第一混气室调节结构、第二混气室调节结构、第三混气室调节结构和第 四混气室调节结构。
[0017]可选地，第一弧室调节结构的弧室进气孔的倾斜角度大于第二弧 室调节结构的弧室进气孔的倾斜角度，第二弧室调节结构的弧室进气 孔的倾斜角度等于第三弧室调节结构的弧室进气孔的倾斜角度，第三 弧室调节结构的弧室进气孔的倾斜角度大于第四弧室调节结构的弧室 进气孔的倾斜角度；
[0018]第一混气室调节结构的弧室进气孔的倾斜角度大于第二混气室调 节结构的弧室进气孔的倾斜角度，第二混气室调节结构的弧室进气孔 的倾斜角度大于第三混气室调节结构的弧室进气孔的倾斜角度，第三 混气室调节结构的弧室进气孔的倾斜角度等于第四混气室调节结构的 弧室进气孔的倾斜角度；
[0019]第一混气室调节结构的混气室进气孔的倾斜角度不大于第一弧室 调节结构的弧室进气孔的倾斜角度。
[0020]可选地，由第一弧室调节结构到第四弧室调节结构，各自的弧室进 气孔直径依次增加；
[0021]由第一混气室调节结构到第四混气室调节结构，各自的混气室进 气孔直径依次增加。
[0022]可选地，第一弧室调节结构的弧室进气孔数量为八个，直径为1mm， 倾斜角度为45
°
，第二弧室调节结构的弧室进气孔数量为十个，直径 为2mm，倾斜角度为35
°
，第三弧室调节结构的弧室进气孔数量为十 个，直径为3mm，倾斜角度为30
°
，第四弧室调节结构弧室进气孔的 数量为十二个，直径为4mm，倾斜角度为30
°
；
[0023]第一混气室调节结构的混气室进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风洞电弧加热系统的配气装置，其特征在于：包括弧室配气部和混气室配气部，其中：所述弧室配气部包括多个沿弧室的轴向间隔设置的弧室调节结构，每个所述弧室调节结构包括弧室进气管、弧室环形腔和多个弧室进气孔，所述弧室环形腔环绕在所述弧室的外侧与所述弧室同轴，并通过所述弧室进气管与弧室气源连通，所述弧室进气管上设有弧室调节阀，多个所述弧室进气孔的直径和角度均相同，并在所述弧室环形腔的周向上均匀间隔设置，连通所述弧室和所述弧室环形腔；每个所述弧室调节结构的所述弧室进气孔的倾斜角度均大于0
°
，且至少有两个所述弧室调节结构的所述弧室进气孔的倾斜角度和直径不同，每个所述弧室调节结构的所述弧室进气孔均向第一方向倾斜，由上游至下游，相邻的两个所述弧室调节结构的所述弧室进气孔之间，位于下游的所述弧室进气孔的倾斜角度不大于位于上游的所述弧室进气孔的倾斜角度，位于下游的所述弧室进气孔直径不小于位于上游的所述弧室进气孔直径，所述弧室气源的气流经弧室进气孔以第一预设进气速度进入所述弧室，并沿所述第一方向旋转流向位于下游的所述混气室；所述混气室配气部包括多个沿混气室的轴向间隔设置的混气室调节结构，每个所述混气室调节结构包括混气室进气管、混气室环形腔和多个混气室进气孔，所述混气室环形腔环绕在所述混气室的外侧与所述混气室同轴，并通过所述混气室进气管与混气室气源连通，所述混气室进气管上设有混气室调节阀，多个所述混气室进气孔的直径和角度均相同，并在所述混气室环形腔的周向上均间隔设置，连通所述混气室和所述混气室环形腔；至少有一个所述混气室调节结构的所述混气室进气孔的倾斜角度大于0
°
，至少有一个所述混气室调节结构的所述混气室进气孔的倾斜角度等于0
°
，且所述混气室进气孔的倾斜角度等于0
°
的所述混气室调节结构位于所述混气室进气孔的倾斜角度大于0
°
的所述混气室调节结构的下游，倾斜角度等于0
°
的所述混气室进气孔均向第二方向倾斜，所述第一方向和所述第二方向为相反方向，由上游至下游，相邻的两个所述混气室调节结构的所述混气室进气孔之间，位于下游的所述混气室进气孔的倾斜角度不大于位于上游的所述混气室调节结构的所述混气室进气孔的角度，位于下游的所述混气室进气孔直径不小于位于上游的所述混气室进气孔直径，所述混气室气源的气流经混气室进气孔以第二预设进气速度进入所述混气室，对所述弧室的来流进行解旋和调温。2.根据权利要求1所述的风洞电弧加热系统的配气装置，其特征在于：所述弧室的出口端设有弧室收缩斜面，引导所述弧室内的旋转气流向所述混气室方向流动。3.根据权利要求1所述的风洞电弧加热系统的配气装置，其特征在于：所述弧室配气部包括四个弧室调节结构，且由上游至下游依次为第一弧室调节结构、第二弧室调节结构、第三弧室调节结构和第四弧室调节结构；所述混气室配气部包括四个混气室调节结构，且由上游至下游依次为第一混气室调节结构、第二混气室调节结构、第三混气室调节结构和第四混气室调节结构。4.根据权利要求3所述的风洞电弧加热系统的配气装置，其特征在于：所述第一弧室调节结构的所述弧室进气孔的倾斜角度大于所述第二弧室调节结构的所述弧室进气孔的倾斜角度，所述第二弧室调节结构的所述弧室进气孔的倾斜角度等于所述第三弧室调节结构的所述弧室进气孔的倾斜角度，所述第三弧室调节结构的所述弧室进气孔的倾斜角度大于
所述第四弧室调节结构的所述弧室进气孔的倾斜角度；所述第一混气室调节结构的所述弧室进气孔的倾斜角度大于所述第二混气室调节结构的所述弧室进气孔的倾斜角度，所述第二混气室调节结构的所述弧室进气孔的倾斜角度大于所述第三混气室调节结构的所述弧室进气孔的倾斜角度，所述第三混气室调节结构的所述弧室进气孔的倾斜角度等于所述第四混气室调节结构的所述弧室进气孔的倾斜角度；所述第一混气室调节结构的所述混气室进气孔的倾斜角度不大于所述第一弧室调节结构的所述弧室进气孔的倾斜角度。5.根据权利要求4所述的风洞电弧加热系统的配气装置，其特征在于：由所述第一弧室调节结构到所述第四弧室调节结构，各自的所述弧室进气孔直径依次增加；由所述第一混气室调节结构到所述第四混气室调节结构，各自的所述混气室进气孔直径依次增加。6.根据权利要求5所述的风洞电弧加热系统的配气装置，其特征在于：所述第一弧室调节结构的所述弧室进气孔数量为八个，直径为1mm，倾斜角度为45
°
，所述第二弧室调节结构的所述弧室进气孔数量为十个，直径为2mm，倾斜角度为35
°
，所述第三弧室调节结构的所述弧室进气孔数量为十个，直径为3mm，倾斜角度为30
°
，所述第四弧室调节结构所述弧室进气孔的数量为十二个，直径为4mm，倾斜角度为30
°
；所述第一混气室调节结构的所述混气室进气孔数量为八个，直径为1mm，倾斜角度为
‑
45
°
，所述第二混气室调节结构的所述混气室进气孔数量为八个，直径为2mm，倾斜角度为
‑
35
°
，所述第三混气室调节结构的所述混气室进气孔数量为十二个，直径为3mm，倾斜角度为0
°
，所述第四混气室调节结构的所述混气室进气孔数量为十八个，直径为4mm，倾斜角度为0
°
。7.根据权利要求1所述的风洞电弧加热系统的配气装置，其特征在于：所述第一预设进气速度为200～300m/s。8.根据权利要求1所述的风洞电弧加热系统的配气装置，其特征在于：倾斜角度为0
°
的所述混气室进气孔的所述第二预设进气速度满足以下关系：y/d
j
＝1.92q
...

【专利技术属性】
技术研发人员：隆永胜，杨彦广，陈卫，毛春满，
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：