本發明專利技術公開了一種基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置，該裝置包括：電源能庫系統、驅動段、被驅動段、控制系統、真空系統和測試及數據采集系統，所述電源能庫系統為驅動段提供電流，驅動段在大電流作用下產生電爆炸，從而在驅動段爆炸腔體內產生高溫高壓氣體，沖破被驅動段與驅動段之間的隔膜，在被驅動段形成高速激波。本發明專利技術公開的基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置，是一種基于新原理、新方法設計的激波管實驗裝置，該裝置能夠產生至少40馬赫（約14km/s）的高超聲速激波，為研究高超聲速條件下的大氣載入真實氣體氣動熱、氣體動力學物理過程以及飛行器熱防護材料與結構設計等科學難題提供一種新的實驗裝置。設計等科學難題提供一種新的實驗裝置。設計等科學難題提供一種新的實驗裝置。
【技術實現步驟摘要】
一種基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置
[0001]本專利技術屬于航空航天領域，尤其涉及一種基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置。
技術介紹
[0002]高超聲速飛行器作為一項具有重要軍事用途的技術，在全球范圍內廣受關注。激波是高超聲速飛行器所受流場中非常重要的一種流場結構。激波風洞、激波管等地面模擬設施，是目前開展高超聲速飛行器大氣或行星再入過程研究及探索的重要途徑。然而，隨著飛行器速度及高度的不斷提高，對激波管等地面模擬裝置的激波速度也提出了更高馬赫數的要求。
[0003]現有的激波管實驗裝置主要通過機械驅動或者爆轟驅動的方式產生高速激波，這兩種類型的驅動方式由于受到氣體分子熱傳導等物理機理的限制，產生的激波速度存在上限，難以達到更高的馬赫數要求。目前我國建造的上述驅動類型的激波管或者大型風洞激波模擬設施能達到的馬赫數均小于20Mach，相應激波速度約6~7km/s，很難滿足更高激波速度的研究需求。
[0004]因此，迫切需要探索一種基于新原理、新方法的激波管實驗裝置，打破現有技術的瓶頸，以產生更高馬赫數的激波，為研究高超聲速條件下的大氣載入真實氣體氣動熱、氣體動力學物理過程以及飛行器熱防護材料與結構設計等科學難題提供一種新的實驗研究手段。
技術實現思路
[0005]有鑒于此，本專利技術提供一種基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置，該裝置利用大電流進行驅動，可產生至少40馬赫（14km/s）的高超聲速激波，用于高空稀薄空氣或其他行星再入過程的環境模擬。
[0006]為達此目的，本專利技術采用以下技術方案：一種基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置，所述裝置包括：電源能庫系統，所述電源能庫系統由多臺電容器并聯組成；驅動段，所述驅動段與電源能庫系統中的多臺電容器通過同軸電纜連接，電源能庫系統為驅動段提供電流；被驅動段，所述被驅動段由多個管體組成，被驅動段一端與驅動段連接，另一端末端為金屬盲板；控制系統，所述控制系統通過遠程光纖隔離通訊與所述裝置連接；其包括但不限于電源能庫系統充放電控制、測試及數據采集控制和裝置啟停控制；真空系統，所述真空系統包括多個真空設備，所述真空設備與驅動段和被驅動段連接；測試及數據采集系統，所述測試及數據采集系統包括多種診斷設備，所述診斷設
備包括但不限于壓力傳感器、光電倍增管和光譜儀，所述診斷設備安裝在被驅動段，并與數據采集卡連接。
[0007]優選的，所述驅動段包括：不銹鋼外殼，所述不銹鋼外殼為傘狀回旋體，由水平圓盤與垂直方向的中空筒體一體成型；絕緣層，所述絕緣層有上下兩層，依次安裝在不銹鋼外殼的水平圓盤上；電流匯流環Ⅰ，所述電流匯流環Ⅰ為圓環狀導電體，電流匯流環Ⅰ上均勻分布多個電纜插接口，電流匯流環Ⅰ位于絕緣層上層，并與不銹鋼外殼通過導電連接件連接；電流匯流環Ⅱ，所述電流匯流環Ⅱ為圓盤狀導電體，其邊緣及中心位置處有凸起圓環，邊緣凸起圓環上均勻分布多個電纜插接口，中心位置處的凸起圓環中心開有孔；電流匯流環Ⅱ安裝在絕緣層的上層，位于電流匯流環Ⅰ內側；電流匯流環Ⅱ與不銹鋼外殼通過絕緣層下層隔離，電流匯流環Ⅱ與電流匯流環Ⅰ之間通過絕緣層上層隔離；導電銅棒，所述導電銅棒中心為空腔，安裝在電流匯流環Ⅱ中心位置處的凸起圓環中心的孔中，并與電流匯流環Ⅱ接觸；驅動開關，所述驅動開關為活塞結構，其固定端與電流匯流環Ⅱ中心位置的凸起圓環固定連接；爆炸腔體，所述爆炸腔體為絕緣材料圍成的圓柱腔體，位于不銹鋼外殼垂直方向的中空筒體內，爆炸腔體一端開口；電爆炸金屬絲，所述電爆炸金屬絲呈螺旋狀，位于在爆炸腔體內，其一端由絕緣線連接在驅動開關的運動活塞桿上，所述絕緣線能夠貫穿通過導電銅棒的中心空腔，另一端與不銹鋼外殼連接；隔膜，所述隔膜卡在爆炸腔體與被驅動段的連接處，將驅動段與被驅動段隔開。
[0008]優選的，所述絕緣層，其上層位于電流匯流環Ⅰ與電流匯流環Ⅱ之間的部分的上表面有多個非貫穿環狀槽。
[0009]優選的，所述爆炸腔體內充滿氦氣，壓強為0.1Mpa ~1.0Mpa。
[0010]優選的，所述電爆炸金屬絲為單根銅絲或者鎢絲，直徑為0.1mm ~0.5mm。
[0011]優選的，所述隔膜，其材料為不銹鋼或鋁，厚度為1.0mm ~4.0mm，隔膜與被驅動段相鄰的表面刻十字槽。
[0012]優選的，所述被驅動段的多個管體其管體直徑與驅動段爆炸腔體直徑一致；所述管體上設置診斷窗口，所述測試及數據采集系統中的診斷裝置安裝在診斷窗口處。
[0013]本專利技術的有益效果是：本專利技術公開的一種基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置，是一種基于新原理、新方法設計的激波管實驗裝置，該裝置基于電弧放電驅動的方法產生至少40馬赫（約14km/s）的高超聲速激波，突破了現有技術中激波速度的上限，能夠為研究高超聲速條件下的大氣載入真實氣體氣動熱、氣體動力學物理過程以及飛行器熱防護材料與結構設計等科學難題提供一種新的實驗裝置。
附圖說明
[0014]圖1為本專利技術的基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置部分結構示意圖；圖2為本專利技術的基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置的驅動段結構示意
圖；圖3a為本專利技術實施例1的基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置在實驗過程中示波器的顯示界面中壓力傳感器的信號波形示意圖；圖3b為本專利技術實施例1的基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置在實驗過程中示波器的數據顯示窗口的截圖；圖中：1.驅動段
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2.被驅動段
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11.不銹鋼外殼
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12.絕緣層
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13.電流匯流環
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14.電流匯流環
Ⅱ?????
15.導電銅棒
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16.驅動開關
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17.爆炸腔體
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18.電爆炸金屬絲
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19.隔膜。
具體實施方式
[0015]本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本專利技術的原理，應被理解為本專利技術的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本專利技術公開的這些技術啟示做出各種不脫離本專利技術實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本專利技術的保護范圍內。
[0016]下面結合附圖和具體實施例對本專利技術進行詳細說明。
[0017]如圖1所示的一種基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置，所述裝置包括：電源能庫系統、驅動段1、被驅動段2、控制系統、真空系統和測試及數據采集系統。
[0018]上述電源能庫系統由多臺電容器并聯組成，每臺電容均通過兩根低感同軸電纜將電能匯聚到驅動段1，為驅動段1提供能量。電源能庫系統的電容器數量可根據需要產生的激波速度進行調整。
[0019]上述驅動段1如圖2所示，具體包括：不銹鋼外殼11，如圖2所示所述不銹鋼外殼11為傘狀回旋體，由水平圓盤與垂直方向的中空筒體一體成型。...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置，其特征在于，所述裝置包括：電源能庫系統，所述電源能庫系統由多臺電容器并聯組成；驅動段（1），所述驅動段（1）與電源能庫系統中的多臺電容器通過同軸電纜連接，電源能庫系統為驅動段（1）提供電流；被驅動段（2），所述被驅動段（2）由多個管體組成，其一端與驅動段（1）連接，另一端末端為金屬盲板；控制系統，所述控制系統通過遠程光纖隔離通訊與所述裝置連接；真空系統，所述真空系統包括多個真空設備，所述真空設備與驅動段（1）和被驅動段（2）連接；測試及數據采集系統，所述測試及數據采集系統包括多種診斷設備，所述診斷設備均安裝在被驅動段（2），并與數據采集卡連接。2.根據權利要求1所述的基于電弧放電驅動的高馬赫激波管實驗裝置，其特征在于，所述驅動段（1）包括：不銹鋼外殼（11），所述不銹鋼外殼（11）為傘狀回旋體，由水平圓盤與垂直方向的中空筒體一體成型；絕緣層（12），所述絕緣層（12）有上下兩層，依次安裝在不銹鋼外殼（11）水平圓盤上；電流匯流環Ⅰ（13），所述電流匯流環Ⅰ（13）為圓環狀導電體，電流匯流環Ⅰ（13）上均勻分布多個電纜插接口，電流匯流環Ⅰ（13）位于絕緣層（12）的上層，并與不銹鋼外殼（11）通過導電連接件連接；電流匯流環Ⅱ（14），所述電流匯流環Ⅱ（14）為圓盤狀導電體，其邊緣及中心位置處有凸起圓環，邊緣凸起圓環上均勻分布多個電纜插接口，中心位置處的凸起圓環的中心開有孔；電流匯流環Ⅱ（14）安裝在絕緣層（12）的上層，位于電流匯流環Ⅰ（13）內側；電流匯流環Ⅱ（14）與不銹鋼外殼（11）通過絕緣層（12）下層隔離，電流匯流環Ⅱ（14）與電流匯流環Ⅰ（13）之間通過絕緣層（12）上層隔離；導電銅棒（15），所述導電銅棒（15）中心為空腔，安裝在電流匯流環Ⅱ（14）中心位置處凸起圓環...
【專利技術屬性】
技術研發人員：肖金水，馬勛，顧云軍，楊光，李洪濤，陳其峰，鄧維軍，欒崇彪，康傳會，李松杰，丁明軍，檀妹靜，高揚，周禹，于明星，李潞寧，
申請(專利權)人：中國工程物理研究院流體物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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