[发明专利]一种电弧风洞高效水冷扩压器

说明书

本发明涉及一种电弧风洞高效水冷扩压器，属于气动热地面模拟试验设备领域；包括第一扩压器、第二扩压器和第三扩压器；第一扩压器、第二扩压器和第三扩压器为相互独立的扩压器；其中，第一扩压器包括第一超扩段、第一等直段和第一亚扩段；第二扩压器包括第二超扩段、第二等直段和第二亚扩段；第三扩压器包括第三超扩段、第三等直段和第三亚扩段；本发明实现空流场恢复系数达到0.7以上，延长风洞运行时间至3000s以上，实现了长程飞行航天飞行器气动加热地面模拟考核试验得以顺利实施。

技术领域

本发明属于气动热地面模拟试验设备领域，涉及一种电弧风洞高效水冷扩压器。

背景技术

在气动热地面模拟实验中，电弧风洞是一种常用的试验设备，它可以对航天飞行器的模型进行加热考核试验。风洞系统中电弧加热器产生的高温高超声速气流，温度可以达到几千度甚至上万度、马赫数可达到10以上。高温高超声速气流对模型进行加热试验后，需要先经过扩压器减速升压，然后进入冷却器降温，最后经过真空管道进入真空罐。在真空罐容积一定的情况下，进入真空系统的气流恢复压力越高，风洞运行效率就越高，运行时间就越长。所以，为了达到较高的恢复系数，扩压器的气动轮廓必须合理，而扩压器又是整个风洞系统中长度最大的一个部件，因此在扩压器设计过程中，一方面必须合理规划气动轮廓，另一方面必须保证扩压器自身的高效冷却，才能保证风洞顺利启动并长时间地运行。

国内之前使用的电弧风洞，尺度小、功率低、运行时间为百秒量级，只能对小尺度模型进行气动加热考核。随着航天事业的发展，新的试验需求不断升级，需要对特征尺寸为500mm的相当模型进行考核，这就需要建设大型的电弧风洞，电弧加热器功率达到50MW量级，运行时间达到3000s以上，相应的扩压器的尺度必须增大，空流场扩压效率应达到0.7以上，这对扩压器的设计提出了新的要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种电弧风洞高效水冷扩压器，实现空流场恢复系数达到0.7以上，延长风洞运行时间至3000s以上，实现了长程飞行航天飞行器气动加热地面模拟考核试验得以顺利实施。

本发明解决技术的方案是：

一种电弧风洞高效水冷扩压器，包括第一扩压器、第二扩压器和第三扩压器；第一扩压器、第二扩压器和第三扩压器为相互独立的扩压器；

其中，第一扩压器包括第一超扩段、第一等直段和第一亚扩段；第一超扩段和第一亚扩段均为锥段结构；第一超扩段的小径端、第一等直段、第一亚扩段的小径端依次对接组成第一扩压器；

第二扩压器包括第二超扩段、第二等直段和第二亚扩段；第二超扩段和第二亚扩段均为锥段结构；第二超扩段的小径端、第二等直段、第二亚扩段的小径端依次对接组成第二扩压器；

第三扩压器包括第三超扩段、第三等直段和第三亚扩段；第三超扩段和第三亚扩段均为锥段结构；第三超扩段的小径端、第三等直段、第三亚扩段的小径端依次对接组成第三扩压器；

从超扩段指向亚扩段的方向为从上游至下游方向。

在上述的一种电弧风洞高效水冷扩压器，所述超扩段的半锥角均为8°，壁厚均为10mm；

第一超扩段的内径由1600mm收缩至1080mm；第一超扩段的轴向长度为1850mm；第一超扩段沿轴向分为等长的两段，从上游至下游方向依次为第一超扩段第一分段、第一超扩段第二分段；

第二超扩段的内径由1080mm收缩至864mm；轴向长度为768mm；

第三超扩段的内径由864mm收缩至648mm；轴向长度为768mm。

在上述的一种电弧风洞高效水冷扩压器，所述等直段均为直筒结构；