[发明专利]一种电弧风洞试验设备

说明书

本发明涉及一种电弧风洞试验设备，包括：依次连通的真空机组、油浴过滤器、热交换器和真空室，其中，所述真空机组，用于将空气压缩为真空；所述油浴过滤器，用于过滤所述真空中的灰尘和杂质，得到纯净的真空；热交换器，用于加热所述纯净的真空，得到纯净的热真空气流以输送给所述真空室；所述真空室内设有等离子炬和三维工件移动平台，所述等离子炬用于通过电弧产生高温气体；所述三维工件移动平台用于夹持待试验工件在XYZ三轴方向上水平移动并绕Y轴在预设角度范围内转动，以改变待试验工件与所述等离子炬的相对位置。本发明提供的技术方案，能够简化现有技术中小型等离子体风洞结构，降低试验成本。

技术领域

本发明涉及飞行器材料高温试验设备技术领域，具体涉及一种电弧风洞试验设备。

背景技术

大功率电弧风洞，是导弹、卫星和宇宙飞船等高超声速飞行器研制的核心试验设备。电弧风洞试验被称为“驾驭闪电的艺术”，就是人工制造出一段能够稳定运行的闪电，在高气压条件下将气流瞬间加热，模拟飞行器面临的高温环境。

高超声速飞行器需承受极为苛刻的飞行服役环境，其高温结构材料及其防/隔热涂层不仅要经受负压环境下的外流冲刷和烧蚀，依据功能和部件需求，还可能面临正压条件下高能流密度、高化学活性来流的冲刷。研究热防护材料在该类气流冲刷条件下的烧蚀、抗氧化行为对于高超声速飞行器选材及结构设计优化具有重要意义。风洞测试是研究材料在近真实飞行环境下力学特性的重要手段。

然而大型风洞运行成本高，并不适宜于大量开展材料特性相关研究。而采用小型等离子体风洞，可长时间稳定获得高能流密度的等离子体射流，适宜于模拟材料壁面处的高焓流动。小型的等离子体风洞虽不能完全模拟高超声速飞行器及其发动机受热部件的特征环境、进行整体部件或结构检测，但对于在小试样上模拟材料表面的局部特征热环境，开展材料烧蚀特性研究则具有独特的优势：它操作相对简便、运行成本较低、可控性好，可有针对性地进行批量材料高温烧蚀特性检验，为材料的大规模筛选提供依据，适宜于开展材料高温性能演化机理研究；其改造和维护成本低，便于根据任务需求及时调整模拟环境，用于探索新的材料测试条件，并可为完善或建设新型大型风洞提供参考。

国际上一些著名研究机构专门建设了小型等离子体风洞用于防热材料的性能检验和机理研究。德国斯图加特大学使用最大功率约50kW的电弧等离子体风洞在氮-氧气氛下获得了比焓为6MJ/kg～11MJ/kg的等离子体射流，用于研究材料的驻点烧蚀特性。日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)为以较低成本实现大批量的材料性能检测，专门建成了功率为110kW的高频感应加热等离子体风洞，拟对再入条件下飞行器热防护材料进行高温催化、烧蚀、氧化等性能研究。比利时冯卡门流体力学研究院(VonKarman Institute for FluidDynamics)在已有1.2MW等离子体风洞基础上，建成了功率为15kW的感应加热小型等离子体风洞，用于在相对较低热流条件下进行材料表面催化特性研究。

现有技术中的小型等离子体风洞结构复杂，造价高，无法普及使用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电弧风洞试验设备，以简化现有技术中小型等离子体风洞结构，降低试验成本。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种电弧风洞试验设备，包括：依次连通的真空机组、油浴过滤器、热交换器和真空室，其中，

所述真空机组，用于将空气压缩为真空；所述油浴过滤器，用于过滤试验过程中产生的灰尘和杂质，保护真空机组；热交换器，用于加热真空，并将加热后的真空输送给所述真空室；所述真空室内设有等离子炬和三维工件移动平台，所述等离子炬用于通过电弧产生高温气体；所述三维工件移动平台用于夹持待试验工件在XYZ三轴方向上水平移动并绕Y轴在预设角度范围内转动，以改变待试验工件与所述等离子炬的相对位置。

优选地，所述三维工件移动平台包括：工件固定装置、两根Y轴导轨、X轴导轨和Z轴导轨，