CN111811767B - 一种用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置。该生成装置包括顺序排列的加热电离室、第一分离室、离子通道、离子电场加速室、离子中和室、第二分离室、自由分子流通道和试验舱；第一分离室分为二个支路并连接第一电子接收器，一个支路为离子通道，另一个支路为第一抽吸段；第二分离室也分为二个支路并连接第二电子接收器，一个支路为自由分子流通道，另一个支路为第二抽吸段；第一抽吸段连通试验舱上部，自由分子流通道连通试验舱的试验区，第二抽吸段连通试验舱下部；试验舱内对称安装有低温泵，试验舱外安装有分子泵机组；加热电离室与进气口连通。该生成装置生成的自由分子流能够真实模拟极度稀薄气体环境，结构简单、可靠。
Description
技术领域
本发明属于稀薄气体动力学试验技术领域，具体涉及一种用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置。
背景技术
自由分子流生成装置主要模拟高空120公里以上极度稀薄气体环境的高速试验气流，用于卫星、飞船等以第一宇宙速度甚至更高速飞行时的稀薄气体动力学试验。目前，采用高温气体通过拉瓦尔喷管高速膨胀形成稀薄的试验气流，由于稀薄条件下喷管边界层很厚，膨胀的气流难以形成真正的自由分子流，并且高速膨胀的气体分子难以达到第一宇宙速度的分子能量，与实际飞行模拟存在较大的差别。
当前，亟需发展一种用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置。
本发明的用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置，其特点是：所述的生成装置包括沿自由分子流流动方向顺序排列的加热电离室、第一分离室、离子通道、离子电场加速室、离子中和室、第二分离室、自由分子流通道和试验舱；第一分离室分为二个支路，一个支路通向离子通道，另一个支路通向第一抽吸段，第一分离室还连接有第一电子接收器；第二分离室也分为二个支路，一个支路通向自由分子流通道，另一个支路通向第二抽吸段，第二分离室还连接有第二电子接收器；第一抽吸段与试验舱的上部连通，自由分子流通道与位于试验舱轴线的试验区连通，第二抽吸段与试验舱的下部连通；试验舱内的上部和下部对称安装有低温泵，试验舱外安装有分子泵机组；加热电离室与进气口连通。
进一步地，所述的进气口外接惰性气体气源、二氧化碳气源、氮气气源或空气气源。
进一步地，所述的进气口安装有调节阀和截止阀。
进一步地，所述的加热电离室的温度范围为室温～1000K。
进一步地，所述的第一分离室、第二分离室和自由分子流通道上均安装有压力传感器和温度传感器。
进一步地，所述的分子泵机组包括固定在试验舱上的分子泵，以及通过管道连通的外置的前级真空机组。
进一步地，所述的低温泵为内装式低温泵，分为二层，内层低温泵面向试验区，运行介质为液氮；外层低温泵紧贴试验舱内壁面，运行介质为液氦。
本发明的用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置的自由分子流生成过程如下：打开进气口的截止阀，使用调节阀控制从气源流入进气口的气体，气体在加热电离室的作用下生成离子、电子和未电离的气体分子后进入第一分离室，离子进入离子通道，电子被第一电子接收器接收，未电离的分子依次进入第一抽吸段、试验舱上部回收。离子通道内的离子经离子电场加速室加速，离子中和室中和后进入第二分离室，第二分离室内包括气体分子、未中和的电子和未中和的离子，气体分子经自由分子流通道进入试验舱的试验区，未中和的电子被第二电子接收器接收，未中和的离子依次进入第二抽吸段、试验舱下部回收。
本发明的用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置生成的自由分子流能够真实模拟极度稀薄气体环境，生成装置结构简单、可靠。
附图说明
图1为本发明的用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置的结构示意图。
图中，1.进气口 2.加热电离室 3.第一分离室 4.第一电子接收器 5.第一抽吸段6.离子通道 7.离子电场加速室 8.离子中和室 9.第二分离室 10.第二电子接收器 11.第二抽吸段 12.分子泵机组 13.低温泵 14.试验舱 15.自由分子流通道。
具体实施方案
下面结合附图详细说明本发明。
实施例1
如图1所示，本实施例的用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置包括沿自由分子流流动方向顺序排列的加热电离室2、第一分离室3、离子通道6、离子电场加速室7、离子中和室8、第二分离室9、自由分子流通道15和试验舱14；第一分离室3分为二个支路，一个支路通向离子通道6，另一个支路通向第一抽吸段5，第一分离室3还连接有第一电子接收器4；第二分离室9也分为二个支路，一个支路通向自由分子流通道15，另一个支路通向第二抽吸段11，第二分离室9还连接有第二电子接收器10；第一抽吸段5与试验舱14的上部连通，自由分子流通道15与位于试验舱14轴线的试验区连通，第二抽吸段11与试验舱14的下部连通；试验舱14内的上部和下部对称安装有低温泵13，试验舱14外安装有分子泵机组12；加热电离室2与进气口1连通。
进一步地，所述的进气口1外接惰性气体气源、二氧化碳气源、氮气气源或空气气源。
进一步地，所述的进气口1安装有调节阀和截止阀。
进一步地，所述的加热电离室2的温度范围为室温～1000K。
进一步地，所述的第一分离室3、第二分离室9和自由分子流通道15上均安装有压力传感器和温度传感器。
进一步地，所述的分子泵机组12包括固定在试验舱14上的分子泵，以及通过管道连通的外置的前级真空机组。
进一步地，所述的低温泵13为内装式低温泵，分为二层，内层低温泵面向试验区，运行介质为液氮；外层低温泵紧贴试验舱14内壁面，运行介质为液氦。
Claims (7)
1.一种用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置，其特征在于：所述的生成装置包括沿自由分子流流动方向顺序排列的加热电离室(2)、第一分离室(3)、离子通道(6)、离子电场加速室(7)、离子中和室(8)、第二分离室(9)、自由分子流通道(15)和试验舱(14)；第一分离室(3)分为二个支路，一个支路通向离子通道(6)，另一个支路通向第一抽吸段(5)，第一分离室(3)还连接有第一电子接收器(4)；第二分离室(9)也分为二个支路，一个支路通向自由分子流通道(15)，另一个支路通向第二抽吸段(11)，第二分离室(9)还连接有第二电子接收器(10)；第一抽吸段(5)与试验舱(14)的上部连通，自由分子流通道(15)与位于试验舱(14)轴线的试验区连通，第二抽吸段(11)与试验舱(14)的下部连通；试验舱(14)内的上部和下部对称安装有低温泵(13)，试验舱(14)外安装有分子泵机组(12)；加热电离室(2)与进气口(1)连通。
2.根据权利要求1所述的用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置，其特征在于：所述的进气口(1)外接惰性气体气源、二氧化碳气源、氮气气源或空气气源。
3.根据权利要求1所述的用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置，其特征在于：所述的进气口(1)安装有调节阀和截止阀。
4.根据权利要求1所述的用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置，其特征在于：所述的加热电离室(2)的温度范围为室温～1000K。
5.根据权利要求1所述的用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置，其特征在于：所述的第一分离室(3)、第二分离室(9)和自由分子流通道(15)上均安装有压力传感器和温度传感器。
6.根据权利要求1所述的用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置，其特征在于：所述的分子泵机组(12)包括固定在试验舱(14)上的分子泵，以及通过管道连通的外置的前级真空机组。
7.根据权利要求1所述的用于稀薄气体动力学试验的自由分子流生成装置，其特征在于：所述的低温泵(13)为内装式低温泵，分为二层，内层低温泵面向试验区，运行介质为液氮；外层低温泵紧贴试验舱(14)内壁面，运行介质为液氦。
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