[发明专利]一种临近空间臭氧环境地面模拟方法

说明书

本发明公开了一种临近空间臭氧环境地面模拟方法，所述方法包括将样品放入实验容器中并将实验容器抽真空，然后通入臭氧并维持实验容器内部臭氧浓度，最后调节所述样品的转速的步骤。与现有技术相比，本发明的臭氧环境地面模拟方法对设备要求低，且操作过程简单、方便易行，是一种经济可靠的临近空间臭氧环境地面模拟方法；本发明的臭氧环境地面模拟方法考虑了临近空间的气体流场，提高了临近空间臭氧模拟环境的真实性与可靠性。

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，特别涉及一种模拟方法，尤其涉及一种临近空间臭氧环境地面模拟方法。

背景技术

临近空间是位于通常的“天空”(20km以下)和“太空”(200km以上)之间，大致包括平流层、中间层和部分电离层区域，是从天空到太空的过渡区域，作为空天一体化重要环节；对于临近空间的研究已成为世界大国关注的焦点。临近空间中空气密度、风场、臭氧、紫外辐射等环境因素十分独特，对临近空间飞行器的研制和应用具有重要影响。因此，为适应临近空间飞行器技术的发展，开展临近空间环境效应及环境试验方法研究具有重要意义。

太阳紫外光解离大气氧分子产生氧原子，氧原子与氧分子进一步反应生成臭氧。临近空间由于无云层遮挡，臭氧浓度高，紫外线辐射强。臭氧具有很强的氧化能力，对暴露在临近空间的材料的腐蚀作用很强；紫外线的辐射会使材料变脆断裂。随着高度上升大气密度下降，相同体积下大气所能产的浮力也急剧下降。临近空间飞行器为保证足够升力，则需要巨大的体积或高速飞行。同时，临近空间中存在0～200m/s左右的风场，高速飞行会进一步引起很大的气动加热和流体冲刷等问题。目前已有文献报道了部分材料在臭氧、紫外辐射作用下的腐蚀老化效应，然而对于臭氧腐蚀老化和气动流体场共同综合作用下材料性能退化规律的研究还很少。

发明内容

本发明的目的是提供一种临近空间臭氧环境地面模拟方法，实现臭氧腐蚀老化和气动流体环境综合模拟，提高临近空间臭氧暴露试验的真实可靠性。

为此，本发明技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种临近空间臭氧环境地面模拟方法，所述方法包括将样品放入实验容器中并将实验容器抽真空，然后通入臭氧并维持实验容器内部臭氧浓度，最后调节所述样品的转速的步骤。

优选地，所述方法包括以下步骤：

(1)将样品固定在实验容器内部的碟盘状样品支架上，然后将实验容器抽真空(更优选的方式是采用机械泵和分子泵两级抽真空系统)；

(2)通过臭氧发生器向已抽真空的实验容器内通入臭氧，并维持臭氧浓度；

(3)通过调节实验容器底部的马达转速实现调节所述碟盘状样品支架上样品的转速，使所述样品的表面相对于实验容器内部的臭氧分子具有相对运动线速度，从而实现对临近空间臭氧环境地面的模拟。

优选地，通过调节样品所在的碟盘状样品支架的转速和/或调节样品的转动半径，使所述样品的表面相对于实验容器内部的臭氧分子具有相对运动线速度，模拟气动流体场的冲刷效应，实现对临近空间臭氧环境地面的模拟。例如，可以调节实验容器底部的马达转速实现调节样品所在的碟盘状样品支架的转速，或者调节样品的转动半径，或者同时调节样品所在的碟盘状样品支架的转速和调节样品的转动半径，使所述样品的表面相对于实验容器内部的臭氧分子具有相对运动线速度，具体方式的选择由于篇幅的限制不再一一列举，可根据实际情况进行任意组合。

优选地，所述实验容器内部的真空度至少为6×10^-2Pa，以保证容器内样品与臭氧的腐蚀作用不受其他环境因素的干扰。如果真空度不足，残留氮气分子等会对实验效果产生较大影响。真空度例如可以是5×10^-2Pa、1×10^-3Pa、5×10^-3Pa、1×10^-4Pa、5×10^-5Pa或1×10^-6Pa，由于篇幅的限制，在此不再一一列举。