[发明专利]一种超音速喷砂枪

说明书

本发明公开了一种超音速喷砂枪，包括拉瓦尔管、连通拉瓦尔管的扩张管、连通拉瓦尔管的加速管。混砂管采用气流减速，砂粒增速的设计方法，以使砂粒与气体在通过拉瓦尔管之前能混合均匀；加速管采用具有微小扩张角的形面的设计方法，这样既能使砂粒持续获得较大推力进而加速至设定超声速，又能降低气流受沿程阻力的影响。拉瓦尔管采用曲面设计方法，这样既能减轻砂粒对喉道的磨损，又能在拉瓦尔管出口处获得轴向速度梯度为零的高品质气流，使砂粒尽可能保持沿轴线运动减少砂粒与管壁碰撞，从根本上提高喷枪的耐磨性。

技术领域

本发明涉及喷砂枪结构设计领域。

背景技术

近十多年来，材料抗砂粒冲蚀性能的相关研究不断取得进步。目前，砂粒冲蚀研究主要通过气体或者液体为砂粒加速冲蚀撞击靶材。前者为气固冲蚀后者为液固冲蚀。金属材料的抗冲蚀试验通常采用干燥空气加速砂粒的冲蚀方式，原因是空气相对于液体更能减少除开砂粒之外的因素对金属研究对象的影响。而靠空气推动砂粒使其加速，效率十分有限。要获得更大的砂粒速度，只能提高空气的流速来实现。

对于提高空气流速，一种方式是利用环状拉瓦尔管在一定气流总压下形成一股固定马赫数的超音速气流，靠超音速气流对砂粒形成引射效应，进而实现喷砂。该方法有一些不足之处：第一，该结构的内腔有一环状楔形面与装入内腔的截锥柱形进砂嘴组成的一个环状拉瓦尔管；靠截锥柱肩部与楔形面形成拉瓦尔管的喉部；靠截锥柱形进砂嘴端部形面与楔形面形成拉瓦尔管的收缩与扩张面，且均为锥形。由此可知该拉瓦尔管出口处的流场品质必定较差，形成散射，这使得砂粒几乎都会与管道壁面发生碰撞，严重影响砂粒速度。第二，由单一进气口提供高压气体，而又靠环状拉瓦尔管作输出，且形成超音速气流之后再流向收缩管道，这使得拉瓦尔管出口处轴对称位置形成的激波能量相互抵消，影响气流速度，进而影响砂粒速度。第三，该方法是先形成超音速气流，再通过引射原理吸入砂粒进而对其加速。因为靠引射吸入的砂粒具备的初速度很低，加上该结构设计的导流管很短，说明砂粒加速行程短，所以理论上来说，该方法很难使砂粒加速至音速，要跨越音速则难上加难。

有一种方式是通过向由薄膜隔断的容器中不断填充气体，待压力到达一定值时，薄膜破裂，容器中的带压力气体流向一段激波管，进而形成激波，其带动波后气体驱动砂粒，最终使砂粒获得一定速度。此方法操作复杂；由于薄膜材料的分散性，让其作隔断以使气体增压的方法将给安放试验件的人员带来极大的安全隐患；更重要的在文献中没有提及该方法能使砂粒实现超音速。

有一种方式是通过燃料在喷枪内燃烧室燃烧而使气体产生膨胀，从而使粒子在高温高压焰流的带动下加速，以超音速状态喷出。此方法虽然能使固体颗粒实现超音速，可由于燃烧传热的作用，喷出的高温焰流将不可避免地对冲蚀试验受件造成影响；由于该方法产生的气流速度受燃烧、传热和气力输送等多种复杂因素影响，要精确控制气流和固体颗粒速度必定不会简单；该方法所涉及的元器件较多，设备结构复杂，操作繁琐。

综合以上说明，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明公开的超音速喷砂枪在结构简单的前提下能够将砂粒加速至超音速，并且能形成良好品质的流场气流。

技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：

一种超音速喷砂枪，包括进砂装置；还包括连通进砂装置出砂孔的扩张管、连通扩张管的拉瓦尔管、连通拉瓦尔管的加速管；所述扩张管包括与出砂孔连接的逐渐扩张的过渡管及自过渡管向前延伸的主管体，所述主管体的直径大于出砂孔、拉瓦尔管及加速管的直径；所述拉瓦尔管的收缩段连接扩张管，拉瓦尔管的扩张段连接加速管，所述加速管的内径是逐渐扩张的。