[发明专利]一种磁流体加速高温超声速风洞试验装置

说明书

本发明提供一种磁流体加速高温超声速风洞试验装置，包括高频感应电源、阻抗匹配器，直流脉冲电源、试验舱、进气系统、等离子体发生器、超声速喷管、磁流体加速通道和扩压器；高频感应电源与阻抗匹配器连接，阻抗匹配器与等离子体发生器固定连接；等离子发生器的一端与进气系统连接，等离子发生器另一端与超音速喷管一端固定连接，超音速喷管的另一端与磁流体加速通道的一端固定连接，磁流体加速通道的另一端与试验舱固定连接；磁流体加速通道与直流脉冲电源连接；扩压器的一端固定在试验舱上，扩压器另一端依次与水冷系统及真空泵组连接，水冷系统通过管路对整个试验系统进行水冷。本发明结构简单，安装方便，增强了风洞试验的便捷性。

技术领域

本发明涉及磁流体动力学及地面试验模拟技术领域，具体涉及一种磁流体加速高温超声速风洞试验装置。

背景技术

高超声速飞行器的发展加速了人类对未知宇宙的探索。高超声速飞行器时常在高温、低压的大气环境中工作，飞行马赫数超过8马赫。想要进一步提升飞行器飞行性能，解决飞行器材料防热耐压等问题，进行可靠地地面模拟实验是必不可少的，通过地面风洞设备仿真高超声速飞行器的恶劣飞行环境，将有助于高超声速飞行器的发展。

目前国内进行高超声速飞行器防热耐压等试验主要采用电弧加热风洞模拟飞行器飞行环境。但电弧加热风洞加热效率低，能量损耗大，产生的高温气流由于含有燃料燃烧的杂质，很难准确模拟高空飞行环境，喷管出口压力一般为大气压。国内尚没有采用磁流体技术的加热风洞试验系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种磁流体加速高温超声速风洞试验装置，该设备为功率达到千瓦级量级的实验风洞，满足了高超声速飞行器进行研究过程中的地面环境模拟。

为了达到上述目的，本发明技术方案如下：

一种磁流体加速高温超声速风洞试验装置，包括高频感应电源、阻抗匹配器，直流脉冲电源、试验舱、水冷系统、真空泵组、进气系统、等离子体发生器、超声速喷管、磁流体加速通道和扩压器；其中，

高频感应电源与阻抗匹配器连接，阻抗匹配器与等离子体发生器固定连接；进气系统有四路进气管路组成，其中一束进气管路连接高压氩气罐，另外三路进气管路直接连接大气；

等离子发生器的一端与进气系统连接，等离子发生器另一端与超音速喷管一端固定连接，超音速喷管的另一端与磁流体加速通道的一端固定连接，磁流体加速通道的另一端与试验舱固定连接；

磁流体加速通道与直流脉冲电源固定连接，其内壁面安装有能够产生0.5-1.5T的磁场产生装置，用于提升气流电导率以及对气流加速；

试验舱为方形水冷舱，包括表面设有的观察窗，冷却水进水管和冷却水回水管；其中，观察窗固定安装在试验舱两侧中部靠前位置，与超声速喷管的轴线等高，冷却水进水管设置在试验舱的顶部前方，冷却水回水管设置在试验舱后端；

扩压器的一端固定安装在试验舱上，与磁流体加速通道相对设置，扩压器另一端依次与水冷系统及真空泵组连接，水冷系统通过管路对整个试验系统进行水冷。

进一步的，所述等离子体发生器由匝数3-5圈的紫铜线圈和石英管组成，线圈套圈在石英管外侧，线圈的两端分别与阻抗匹配器连接，且为防止由于电流过高导致线圈烧毁，线圈内部通入水冷；石英管为密封装置，当石英管内压力较低时，线圈通过感应耦合放电使得石英管内产生等离子体，随着气流喷出，形成等离子体射流。

进一步的，所述磁流体加速通道固定安装在超音速喷管出口处，且与超音速喷管的轴线等高；磁流体加速通道为中空长方体状的连续法拉第加速通道，磁流体加速通道长0.3m，长方边框截面为长0.15m，宽0.1m。

进一步的，所述高频感应电源的输出电压在0-15kV，输出电流0-8A连续可调，其工作频率1.76MHz。