[发明专利]一种风洞电弧加热系统的配气装置及配气方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明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。

本发明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。

(二)技术方案

为了实现上述第一个目的，第一方面，本发明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：

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；