[发明专利]一种适用于高速流场环境下的化学物质掺混装置及方法

说明书

本发明涉及一种适用于高速流场环境下的化学物质掺混装置及方法，所述装置为水冷中空夹层结构，所述夹层结构中接触流场的表面刻有蜂窝状的倾斜小孔，且倾斜小孔和夹层结构中接触流场的表面呈一定角度，喷洒出射的气体亲电子物质与背景流场方向存在较大的分速度，从而实现最大效果的掺混和吸附反应。

技术领域

本发明涉及一种适用于高速流场环境下的化学物质掺混装置及方法，是应用于高温、高碰撞、高速流场等极端复杂等离子体环境下，释放吸附性化学物质与等离子体掺杂混合的一种技术方案，包括气化物质喷射掺混装置以及高速流场等离子体环境下的释放方法，可以用于高超声速风洞环境下的气化物质掺混，高温高密度托克马克等离子体边界区域掺混，以及未来高超声速飞行器表面再入表面等离子体区域化学物质掺混释放等。

背景技术

当卫星、航天飞船、宇宙飞船等航天飞行器以极高的速度再入空间大气层时，会与稠密的高层大气发生摩擦和强大的挤压，飞行器表面的温度会激增至3000K以上，进而导致大气分子的电离，被电离的大气会在目标表面及其周围形成包围在飞行器表面有一定厚度的致密等离子体。形成的致密等离子体会直接影响飞行器的热传导、气动过程和无线电通讯等特性，鞘套的形成会对目标信号的有效传输产生严重的威胁。由于电磁屏蔽的作用，地面与飞行器之间的无线电通信会出现失真或中断，从而导致传输数据的丢失而危及飞行器的安全。因此，该再入致密等离子体环境极易对飞行器的安全性能造成干扰，它的存在会严重削弱电子的对抗能力。针对飞行器表面等离子体的高密度、强碰撞和流场环境的复杂特性，亲电子气体化学物质释放主动干预技术是降低该区域等离子体电子密度一种新方法。传统实验室环境下的释放技术方案是通过外界气瓶和放电腔内的压力差把化学物质喷射进入等离子体放电区域，并与等离子体进行充分的混合反应，实现实验室静态环境下的气态化学物质掺杂混合。然而在高速流场等离子环境下，存在较高的等离子体流速，粒子碰撞以及较强的气态间粘滞力等特性，导致进入等离子体中的化学物质可能不能进行有效的充分混合反应，进而导致释放效果较差，反应不充分，主动干预失败等问题。最终会造成通讯信号衰减，目标信号或数据传输丢失等严重后果。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种适用于高速流场环境下的化学物质掺混装置及方法，高速流场环境下，能够使气态化学物质在高速流场等离子体环境下实现充分掺混，进而与高流速背景等离子体进充分的化学物理反应，有效的实现亲电子物质释放主动干预等离子体电子密度技术，降低等离子体电子密度参数，为再入过程航空航天测控通信信号和载荷数据的有效传输提供保障。

本发明的技术解决方案：

一种适用于高速流场环境下的化学物质掺混装置，所述装置为水冷中空夹层结构1，所述中空夹层结构1中接触流场的不锈钢表面2刻有蜂窝状的倾斜小孔3，且蜂窝状的倾斜小孔3和中空夹层结构1中接触流场的不锈钢表面2呈一定夹角4，喷洒出射的气体亲电子物质与背景流场方向存在分速度，从而实现最大效果的掺混和吸附反应。

所述倾斜小孔和夹层结构中接触流场的表面呈30度夹角，且与流场方向一致。

所述倾斜小孔的直径范围取决于掺混装置的流场接触面壁厚，在保证小孔之间喷射出的高速流体之间不存在干扰的情况下，小孔数量密度越大，掺混效果更好，为了能保证相互之间不干扰和忽略气阻，小孔尺寸应满足孔径大于1mm，小孔分布间距大于5mm。

所述夹层结构由两块夹层不锈钢板拼接而成，应用中选择使用其中一块或者两块进行气体喷射。

所述中空夹层结构侧面为两个水冷出口5、6。

所述循环水冷管壁必须与掺混装置流场接触面紧密贴合才能达到有效的冷却效果，且水冷出口与水冷套确保紧密密封，防止出现真空密封效果差。

本发明的一种适用于高速流场环境下的化学物质掺混方法，实现步骤如下：