[发明专利]一种基于电弧放电驱动的高马赫激波管实验装置

说明书

本发明公开了一种基于电弧放电驱动的高马赫激波管实验装置，该装置包括：电源能库系统、驱动段、被驱动段、控制系统、真空系统和测试及数据采集系统，所述电源能库系统为驱动段提供电流，驱动段在大电流作用下产生电爆炸，从而在驱动段爆炸腔体内产生高温高压气体，冲破被驱动段与驱动段之间的隔膜，在被驱动段形成高速激波。本发明公开的基于电弧放电驱动的高马赫激波管实验装置，是一种基于新原理、新方法设计的激波管实验装置，该装置能够产生至少40马赫（约14km/s）的高超声速激波，为研究高超声速条件下的大气载入真实气体气动热、气体动力学物理过程以及飞行器热防护材料与结构设计等科学难题提供一种新的实验装置。

技术领域

本发明属于航空航天领域，尤其涉及一种基于电弧放电驱动的高马赫激波管实验装置。

背景技术

高超声速飞行器作为一项具有重要军事用途的技术，在全球范围内广受关注。激波是高超声速飞行器所受流场中非常重要的一种流场结构。激波风洞、激波管等地面模拟设施，是目前开展高超声速飞行器大气或行星再入过程研究及探索的重要途径。然而，随着飞行器速度及高度的不断提高，对激波管等地面模拟装置的激波速度也提出了更高马赫数的要求。

现有的激波管实验装置主要通过机械驱动或者爆轰驱动的方式产生高速激波，这两种类型的驱动方式由于受到气体分子热传导等物理机理的限制，产生的激波速度存在上限，难以达到更高的马赫数要求。目前我国建造的上述驱动类型的激波管或者大型风洞激波模拟设施能达到的马赫数均小于20Mach，相应激波速度约6~7km/s，很难满足更高激波速度的研究需求。

因此，迫切需要探索一种基于新原理、新方法的激波管实验装置，打破现有技术的瓶颈，以产生更高马赫数的激波，为研究高超声速条件下的大气载入真实气体气动热、气体动力学物理过程以及飞行器热防护材料与结构设计等科学难题提供一种新的实验研究手段。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于电弧放电驱动的高马赫激波管实验装置，该装置利用大电流进行驱动，可产生至少40马赫（14km/s）的高超声速激波，用于高空稀薄空气或其他行星再入过程的环境模拟。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种基于电弧放电驱动的高马赫激波管实验装置，所述装置包括：

电源能库系统，所述电源能库系统由多台电容器并联组成；

驱动段，所述驱动段与电源能库系统中的多台电容器通过同轴电缆连接，电源能库系统为驱动段提供电流；

被驱动段，所述被驱动段由多个管体组成，被驱动段一端与驱动段连接，另一端末端为金属盲板；

控制系统，所述控制系统通过远程光纤隔离通讯与所述装置连接；其包括但不限于电源能库系统充放电控制、测试及数据采集控制和装置启停控制；

真空系统，所述真空系统包括多个真空设备，所述真空设备与驱动段和被驱动段连接；

测试及数据采集系统，所述测试及数据采集系统包括多种诊断设备，所述诊断设备包括但不限于压力传感器、光电倍增管和光谱仪，所述诊断设备安装在被驱动段，并与数据采集卡连接。

优选的，所述驱动段包括：

不锈钢外壳，所述不锈钢外壳为伞状回旋体，由水平圆盘与垂直方向的中空筒体一体成型；

绝缘层，所述绝缘层有上下两层，依次安装在不锈钢外壳的水平圆盘上；

电流汇流环Ⅰ，所述电流汇流环Ⅰ为圆环状导电体，电流汇流环Ⅰ上均匀分布多个电缆插接口，电流汇流环Ⅰ位于绝缘层上层，并与不锈钢外壳通过导电连接件连接；