CN104902665B - 电弧加热等离子体喷枪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电弧加热等离子体喷枪，包括阴极头、可换阳极喷嘴、阳极座、导电枪芯、枪体、绝缘套筒和导水芯；导电枪芯上有进气通道，绝缘套筒套在导电枪芯上，在导电枪芯与绝缘套筒之间形成的空腔设有螺旋气流通道，螺旋气流通道与阳极喷嘴以及枪芯上的进气通道相通；导电枪芯、导水芯、阳极座与枪体的水冷通道形成水冷循环系统，在阳极座水冷空腔的内壁面上设置了水冷加强筋，增加水冷接触面积，提高喷枪的冷却效率；同时将传统的阳极喷嘴拆分成阳极座和可更换阳极喷嘴，阴极拆分为阴极头和导电枪芯，使得阴、阳电极烧蚀后更换成本降低，延长电弧加热等离子体喷枪使用寿命。

Description

电弧加热等离子体喷枪
技术领域
本发明属于热等离子体发生技术领域，特别是一种电弧加热等离子体喷枪。
背景技术
等离子体作为物质的第四态，其中包含大量的电子、离子以及中性粒子，这些粒子处于一种局部热平衡状态，其具有高能量密度、高亮度、高电导率、高热导率等特性，这些性质决定等离子体在航空航天领域有很大的应用空间。
电弧加热等离子体推进装置利用阴极和阳极之间直流放电形成的高温电弧加热推进剂，推进剂进入约束通道后被电弧加热到1.0×104K以上的极高温度后发生电离，然后流经兼做阳极的喷管扩张段，膨胀后高速喷出产生反作用推力。电弧加热等离子推进装置是一种典型的电热式推进装置，与传统的化学推进器相比，具有比冲高、推力密度大、结构简单、控制精度高等特点，是一种极具竞争力的推进装置。
但是目前，电弧加热等离子推进装置还停留在实验阶段，传统的等离子体发生器实验装置阴、阳电极采用独立的冷却系统，结构复杂，且冷却效率低，因此，电极易烧蚀，电极更换复杂且成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用了电极水冷一体化的结构设计，结构简单，冷却效率高，电极不易烧蚀，电极更换简单且成本低的电弧加热等离子体喷枪。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种电弧加热等离子体喷枪，包括阳极座、可换阳极喷嘴、阴极头、导电枪芯、枪体和绝缘套筒，绝缘套筒套装在导电枪芯上，阴极头与导电枪芯固连形成阴极体，枪体为树脂材料浇筑在绝缘套筒和导电枪芯外围而形成，阳极座与枪体固连，可换阳极喷嘴固定在阳极座内壁构成阳极体，导电枪芯上开有与枪体上的枪体气流通道相通的导电枪芯进气口，导电枪芯进气口与绝缘套筒和导电枪芯之间的空腔相通，在空腔中设有螺旋气流通道，螺旋气流通道与阳极喷嘴内腔相通；阴极头水冷空腔通过导电枪芯、枪体和阳极座上的水冷通道与阳极座水冷空腔连通，阴极头水冷空腔内设有导水芯，导水芯内腔通过导电枪芯和枪体上的水冷通道与外部连通，阳极水冷空腔通过阳极座和枪体上的水冷通道与外部连通。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
(1)本发明将电弧加热等离子体喷枪水冷系统进行简化。水冷循环系统在阴、阳电极和枪体之间形成，增大了阳极水冷接触面积，提高了冷却效率。
(2)本发明通过导水芯的设置，使得冷却水先与阴极头接触，再循环至阳极座水冷空腔，使得阴极头的冷却效率大大提高，大大降低了阴极头烧蚀的可能。
(3)本发明将阴极与阳极分别拆分为阴极头和导电枪芯与可换阳极喷嘴和阳极座，降低阴、阳电极烧蚀更换成本。
(4)本发明在阳极座水冷空腔的内壁面上设置有水冷加强筋，增加水冷接触面积，提高喷枪的冷却效率。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明电弧加热等离子体喷枪的结构示意图。
具体实施方式
结合图1：
本发明一种电弧加热等离子体喷枪，包括阳极座1、可换阳极喷嘴2、阴极头3、导电枪芯5、枪体6和绝缘套筒7，绝缘套筒7套装在导电枪芯5上，阴极头3与导电枪芯5固连形成阴极体，枪体6为树脂材料浇筑在绝缘套筒7和导电枪芯5外围而形成，阳极座1与枪体6固连，可换阳极喷嘴2固定在阳极座1内壁构成阳极体，导电枪芯5上开有与枪体6上的枪体气流通道6-2相通的导电枪芯进气口5-3，导电枪芯进气口5-3与绝缘套筒7和导电枪芯5之间的空腔5-2相通，在空腔5-2中设有螺旋气流通道5-6，螺旋气流通道5-6与阳极喷嘴内腔2-1相通；阴极头水冷空腔3-1通过导电枪芯5、枪体6和阳极座1上的水冷通道与阳极座水冷空腔1-4连通，阴极头水冷空腔3-1内设有导水芯4，导水芯内腔4-1通过导电枪芯5和枪体6上的水冷通道与外部连通，阳极水冷空腔1-4通过阳极座1和枪体6上的水冷通道与外部连通。
阴极头水冷空腔3-1通过导电枪芯5上开有的导电枪芯出水通道5-5、枪体6上开有的枪体冷却水循环通道6-4和阳极座1上开有的冷却水进口1-3与阳极座水冷空腔1-4连通。
导水芯内腔4-1通过导电枪芯5上开有的导电枪芯进水通道5-4和枪体6上开有的枪体冷却水进水通道6-3与外部连通。
阳极水冷空腔1-4通过阳极座1上开有的冷却水出口1-2和枪体6上开有的枪体冷却水出水通道6-1与外部连通。
螺旋气流通道5-6是由导电枪芯5外围的多头螺纹5-1与绝缘套筒7的内壁配合构成。
阳极座水冷空腔1-4的内壁面上沿周向均匀设置有水冷加强筋1-1，水冷加强筋1-1为梯形结构。
可更换阳极喷嘴2通过螺纹固定在与阳极座1的内壁面。
阴极头3和导电枪芯5通过螺纹连接。
阳极座1与枪体6通过螺纹连接。
阴极头3头部镶嵌铪丝。
本发明中的螺旋气流通道5-6是由导电枪芯5上的多头螺纹5-1与绝缘套筒7装配而形成。气体进入螺旋气流通道5-6后，在在螺旋气流通道5-6中螺旋加速后绕电极旋转前进，被电极加热，然后进入阳极喷嘴内腔2-1，被阴阳极间的直流电电离，产生高温高速的等离子体射流。
枪体6上设有枪体冷却水进水通道6-3和枪体冷却水出水通道6-1，阴极头水冷空腔3-1与阳极座水冷空腔1-4通过导电枪芯5、枪体6和阳极座1上的水冷通道连通，构成喷枪阴、阳电极水冷一体化。为了提高阴极头处的水冷效率，在阴极头水冷空腔3-1内设有导水芯4，导水芯内腔4-1与导电枪芯5上的导电枪芯进水通道5-4及枪体6上的枪体冷却水进水通道6-3相通，阳极座1上开有与阳极座水冷空腔1-4连通的冷却水出口1-2，阳极座水冷空腔1-4与枪体6上的枪体冷却水出水通道6-1相通。
阳极座水冷空腔1-4的内壁面上沿周向均匀设置有水冷加强筋1-1，水冷加强筋1-1为梯形结构以增大水冷接触面积，这种结构提高了阳极的水冷效率。
冷却水从导电枪芯进水通道5-4进入导水芯内腔4-1后直接进入阴极头水冷空腔3-1，然后从导电枪芯出水通道5-5进入枪体冷却水循环通道6-4，在穿过冷却水进口1-3进入阳极座水冷空腔1-4，最后从阳极座1的冷却水出口1-2进入枪体6上的枪体冷却水出水通道6-1，构成枪体冷却水循环系统，形成电极水冷一体化。
阳极由可换阳极喷嘴2和阳极座1组成，阴极由导电枪芯5和阴极头3组成，减小阴、阳电极烧蚀后更换成本，提高喷枪使用寿命。

Claims (9)

1.一种电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：包括阳极座(1)、可换阳极喷嘴(2)、阴极头(3)、导电枪芯(5)、枪体(6)和绝缘套筒(7)，绝缘套筒(7)套装在导电枪芯(5)上，阴极头(3)与导电枪芯(5)固连形成阴极体，枪体(6)为树脂材料浇筑在绝缘套筒(7)和导电枪芯(5)外围而形成，阳极座(1)与枪体(6)固连，可换阳极喷嘴(2)固定在阳极座(1)内壁构成阳极体，导电枪芯(5)上开有与枪体(6)上的枪体气流通道(6-2)相通的导电枪芯进气口(5-3)，导电枪芯进气口(5-3)与绝缘套筒(7)和导电枪芯(5)之间的空腔(5-2)相通，在空腔(5-2)中设有螺旋气流通道(5-6)，螺旋气流通道(5-6)与阳极喷嘴内腔(2-1)相通；阴极头水冷空腔(3-1)通过导电枪芯(5)、枪体(6)和阳极座(1)上的水冷通道与阳极座水冷空腔(1-4)连通，阴极头水冷空腔(3-1)内设有导水芯(4)，导水芯内腔(4-1)通过导电枪芯(5)和枪体(6)上的水冷通道与外部连通，阳极水冷空腔(1-4)通过阳极座(1)和枪体(6)上的水冷通道与外部连通；所述阴极头水冷空腔(3-1)通过导电枪芯(5)上开有的导电枪芯出水通道(5-5)、枪体(6)上开有的枪体冷却水循环通道(6-4)和阳极座(1)上开有的冷却水进口(1-3)与阳极座水冷空腔(1-4)连通。
2.根据权利要求1所述的电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：所述导水芯内腔(4-1)通过导电枪芯(5)上开有的导电枪芯进水通道(5-4)和枪体(6)上开有的枪体冷却水进水通道(6-3)与外部连通。
3.根据权利要求1所述的电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：所述阳极水冷空腔(1-4)通过阳极座(1)上开有的冷却水出口(1-2)和枪体(6)上开有的枪体冷却水出水通道(6-1)与外部连通。
4.根据权利要求1所述的电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：所述螺旋气流通道(5-6)是由导电枪芯(5)外围的多头螺纹(5-1)与绝缘套筒(7)的内壁配合构成。
5.根据权利要求1所述的电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：所述阳极座水冷空腔(1-4)的内壁面上沿周向均匀设置有水冷加强筋(1-1)，水冷加强筋(1-1)为梯形结构。
6.根据权利要求1所述的电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：所述可更换阳极喷嘴(2)通过螺纹固定在与阳极座(1)的内壁面。
7.根据权利要求1所述的电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：所述阴极头(3)和导电枪芯(5)通过螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：所述阳极座(1)与枪体(6)通过螺纹连接。
9.根据权利要求1所述的电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：所述阴极头(3)头部镶嵌铪丝。
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