CN112888102A - 一种管状电弧烧蚀装置和烧蚀方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管状电弧烧蚀装置和烧蚀方法。本发明的管状电弧烧蚀装置，包括进气室、前电极、后电极、后电极磁场线圈、喷管和调控单元，前电极和后电极分别设置在进气室的前端和后端，喷管设置在前电极的前端，后电极磁场线圈套设在后电极外部，调控单元与后电极磁场线圈连接，调控单元能够调节后电极磁场线圈的磁场强度以改变位于后电极的电弧弧根位置。本发明的管状电弧烧蚀装置能够改变后电极内壳被烧蚀区域，实现了管状电弧烧蚀装置的长时间烧蚀。

Description

一种管状电弧烧蚀装置和烧蚀方法

技术领域

本发明涉及电弧加热烧蚀技术领域，尤其是涉及一种管状电弧烧蚀装置和烧蚀方法。

背景技术

电弧加热器是利用电弧对气体加热产生温度为几千开以至上万开气流的实验装置，用以模拟超高速飞行时飞行器前方受压缩的高温气体对飞行器的加热过程，尤其用以测定防热材料和防热系统性能，在航空、航天事业中起着重要的作用。

管式电弧加热器主要由前电极、后电极、弧室旋气室、磁场线圈和喷管等部分组成，其用一个弧室将两个管式电极隔开，通过弧室引入高压旋转气流，把电弧压缩在管子中心，电弧向管子两端拉开形成拉长的、弧根绕管壁旋转的电弧。此种电弧加热器具有坚固耐用、操作和维修简便等优点，然而由于管状电弧加热器产生的电弧弧根对后电极一定区域内烧蚀比较严重，在长时间大功率运行条件下，后电极内壳容易被烧穿漏水，无法实现满足相关烧蚀试验的需求。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管状电弧烧蚀装置和烧蚀方法，该管状电弧烧蚀装置能够改变后电极内壳被烧蚀区域，实现了管状电弧烧蚀装置的长时间烧蚀。

本发明提供一种管状电弧烧蚀装置，包括进气室、前电极、后电极、后电极磁场线圈、喷管和调控单元，前电极和后电极分别设置在进气室的前端和后端，喷管设置在前电极的前端，后电极磁场线圈套设在后电极外部，调控单元与后电极磁场线圈连接，调控单元能够调节后电极磁场线圈的磁场强度以改变位于后电极的电弧弧根位置。

在一实施方式中，调控单元通过改变流经后电极磁场线圈的电流大小来调节后电极磁场线圈的磁场强度。

在一实施方式中，调控单元包括第一电阻、第二电阻和快速断路器，第一电阻和第二电阻并联设置在前电极与后电极磁场线圈之间，快速断路器与第二电阻连接。

在一实施方式中，所述第一电阻和第二电阻为水冷电阻。

进一步地，本发明的管状电弧烧蚀装置还包括前电极磁场线圈，前电极磁场线圈套设在前电极外部。

进一步地，调控单元与前电极磁场线圈连接，调控单元能够调节前电极磁场线圈的磁场强度以改变位于前电极的电弧弧根位置。

在一实施方式中，在快速断路器断开和闭合状态下，流经后电极磁场线圈的电流变化幅度≥50％。

在一实施方式中，电弧弧根位置变化幅度≥5cm。

在一实施方式中，调控单元还包括用于对快速断路器进行控制的控制元件，控制元件能够间歇式地控制快速断路器断开和闭合。

本发明还提供一种烧蚀方法，采用上述管状电弧烧蚀装置进行，烧蚀方法包括如下步骤：

A)向进气室通入工作气体，同时向管状电弧烧蚀装置施加电流，在后电极与前电极之间产生的电弧加热工作气体形成流场以对模型进行烧蚀；

B)烧蚀一段时间后，通过调控单元调节后电极磁场线圈的磁场强度以改变位于后电极的电弧弧根位置。

本发明的实施，至少具有以下优势：

1、本发明通过调控单元改变后电极磁场线圈的磁场强度，从而大幅度改变了后电极弧根位置，进而改变了后电极内壳被烧蚀区域，实现了管状电弧烧蚀装置的长时间烧蚀。

2、本发明的管状电弧烧蚀装置结构简单，操作和维修简便，其在无需对管状电弧加热器结构本身进行较大改变的前提下即可实现管状电弧烧蚀装置的长时间烧蚀，经济性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施方式的管状电弧烧蚀装置在快速断路器闭合状态下的结构示意图；

图2为本发明一实施方式的管状电弧烧蚀装置在快速断路器断开状态下的结构示意图。

附图标记说明：

1：后电极；2：后电极磁场线圈；3：第一电阻；4：进气室；5：前电极；6：喷管；7：第二电阻；8：快速断路器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

结合图1和图2所示，本实施例的管状电弧烧蚀装置，包括后电极1、后电极磁场线圈2、进气室4、前电极5、喷管6和调控单元，前电极5和后电极1分别设置在进气室4的前端和后端，喷管6设置在前电极5的前端，后电极磁场线圈2套设在后电极1外部，调控单元与后电极磁场线圈2连接，调控单元能够调节后电极磁场线圈2的磁场强度以改变位于后电极1的电弧弧根位置。

在本实施例的管状电弧烧蚀装置中，进气室4具有进气口，其用于通入工作气体(一般为空气)；前电极5和后电极1均为管状，其分别设置在进气室4的前端和后端，在通电状态下，前电极5和后电极1能够产生电弧来对进气室4中的工作气体进行加热，加热产生的高温气流从喷管6喷出以对模型进行烧蚀，电弧两端的弧根位置分别位于后电极1和前电极5内部；后电极磁场线圈2套设在后电极1外部，其在通电状态下能够在后电极1内部产生磁场作用；调控单元通过调节后电极磁场线圈2的磁场强度来改变位于后电极1的电弧弧根位置，进而改变后电极1内壳被烧蚀区域，从而避免后电极1内壳被烧穿。

上述管状电弧烧蚀装置通过设置调控单元对后电极磁场线圈2的磁场强度进行调节来改变位于后电极1的电弧弧根位置，进而改变后电极1内壳被烧蚀区域，其避免了后电极1内壳被烧穿，实现了管状电弧烧蚀装置的长时间烧蚀，能够良好地满足烧蚀试验的相关需求。

在本实施例中，对后电极磁场线圈2磁场强度的调节方式不作严格限制，例如可以通过改变流经后电极磁场线圈2的电流大小来调节后电极磁场线圈2的磁场强度。

可以理解，调控单元只要能够实现上述调节后电极磁场线圈2的磁场强度以改变位于后电极1的电弧弧根位置的功能即可，对其具体结构不作严格限制。在一实施方式中，调控单元可以包括第一电阻3、第二电阻7和快速断路器8，第一电阻3和第二电阻7并联设置在前电极5与后电极磁场线圈2之间，快速断路器8与第二电阻7连接；此时，第一电阻3可以分别与前电极5和后电极磁场线圈2正极连接，第二电阻7和快速断路器8可以分别与前电极5和后电极磁场线圈2负极连接。

如图1所示，在快速断路器8闭合状态下，向管状电弧烧蚀装置施加电流后，电流从后电极1流入并从前电极5流出后，流出的电流一路进入第一电阻3和后电极磁场线圈2正极，另一路进入第二电阻7和快速断路器8，并最终汇入后电极磁场线圈2负极流出；此时，由于第一电阻3和第二电阻7的并联分流作用，流经后电极磁场线圈2的电流较小，形成并作用在后电极1内部的磁场强度较小，位于后电极1内的电弧弧根位置会偏后一点，后电极1内壳烧蚀区域集中在后电极磁场线圈2左边。

如图2所示，在快速断路器8断开状态下，电流从后电极1流入并从前电极5流出后，全部进入第一电阻3和后电极磁场线圈2正极，并最终通过后电极磁场线圈2负极流出；此时，流经后电极磁场线圈2的电流较大，形成并作用在后电极1内部的磁场强度较大，位于后电极1内的电弧弧根位置大幅度改变，后电极1内壳烧蚀区域集中在后电极磁场线圈2右边。上述方式改变了后电极1内壳被烧蚀区域，避免了在长时间大功率运行条件下后电极1内壳被烧穿，进而实现了管状电弧烧蚀装置的长时间烧蚀。

本实施例的管状电弧烧蚀装置，通过控制快速断路器8的断开和闭合，改变了通过后电极磁场线圈2内流经电流的大小，影响磁场强度大幅度改变后电极1弧根落在后电极1内部的位置，实现了管状电弧烧蚀装置的长时间烧蚀。

在本实施例中，对第一电阻3和第二电阻7的电阻值不作严格限制，可根据试验需求合理设置，第一电阻3和第二电阻7的电阻值既可以相同，也可以不同。此外，对第一电阻3和第二电阻7的具体类型也不作严格限制，第一电阻3和第二电阻7例如可以采用水冷电阻。

在本实施例中，在快速断路器8断开和闭合状态下，可以控制流经后电极磁场线圈2的电流变化幅度≥50％。此时，电弧弧根位置的变化幅度大；对应地，后电极1内壳被烧蚀区域的变化幅度大，有利于避免后电极1内壳被烧穿，进而实现管状电弧烧蚀装置的长时间烧蚀。

本实施例对位于后电极1的电弧弧根位置的变化幅度不作严格限制，电弧弧根位置变化幅度例如可以≥5cm；此时，电弧弧根位置的变化幅度大，能够有效避免后电极1内壳被烧穿。

此外，调控单元还可以包括用于对快速断路器8进行控制的控制元件，控制元件能够间歇式地控制快速断路器8断开和闭合，从而使得整个烧蚀试验过程中后电极1内壳被烧蚀区域发生变化，进而避免了在长时间大功率运行条件下后电极1内壳被烧穿。

本实施例的管状电弧烧蚀装置结构简单，操作和维修简便，其在无需对管状电弧加热器结构本身进行较大改变的前提下即可实现管状电弧烧蚀装置的长时间烧蚀，经济性好；同时，通过调控单元改变后电极磁场线圈2的磁场强度，从而大幅度改变了后电极1弧根位置，进而改变了后电极1内壳被烧蚀区域，实现了管状电弧烧蚀装置的长时间烧蚀。

实施例2

本实施例是在实施例1的管状电弧烧蚀装置的基础上进行改进。

具体地，结合图1和图2所示，本实施例的管状电弧烧蚀装置还包括前电极磁场线圈(未图示)，前电极磁场线圈套设在前电极5外部，调控单元与前电极磁场线圈连接，调控单元能够调节前电极磁场线圈的磁场强度以改变位于前电极5的电弧弧根位置。

在本实施例中，用于调节前电极磁场线圈的磁场强度的调控单元的设置方式可与参照针对后电极磁场线圈2的调控方式；此时，调控单元还可以包括第三电阻、第四电阻和另一快速断路器(均未图示)，第三电阻和第四电阻并联设置在前电极5与前电极磁场线圈之间，快速断路器与第四电阻连接。调控单元对前电极磁场线圈磁场强度的调控方式可参见实施例1，在此不再赘述。

本实施例的管状电弧烧蚀装置进一步设置前电极磁场线圈和用于调节前电极磁场线圈的磁场强度的调控单元，通过调控单元控制及改变前电极磁场线圈的磁场强度，进而控制并改变位于前电极5的电弧弧根位置，既保证了前电极5内壳不被烧穿，同时控制了位于前电极5的电弧弧根位置，保证了烧蚀试验的安全性、可靠性和稳定性。

实施例3

本实施例提供一种烧蚀方法，采用实施例1的管状电弧烧蚀装置进行，烧蚀方法包括如下步骤：

A)向进气室4通入工作气体，同时向管状电弧烧蚀装置施加电流，在后电极1与前电极5之间产生的电弧加热工作气体形成流场以对模型进行烧蚀；

B)烧蚀一段时间后，通过调控单元调节后电极磁场线圈2的磁场强度以改变位于后电极1的电弧弧根位置。

在进行烧蚀试验时，在进气室4通入工作气体(一般为空气)后，在管状电弧烧蚀装置上施加一定电流(通常为500-2000A)，电弧产生于后电极1和前电极5之间并通过喷管6喷出，形成试验所需流场。大功率长时间烧蚀试验开始时，如图1所示，快速断路器8处于闭合状态，电流从后电极1流入并从前电极5流出后，一路进入第一电阻3和后电极磁场线圈2正极，另一路进入第二电阻7和快速断路器8，最终汇入后电极磁场线圈2负极流出，此时由于第一电阻3和第二电阻7的并联分流作用，后电极磁场线圈2通过的电流较小，形成并作用在后电极1内部的磁场强度较小，落在后电极1内的电弧弧根位置偏后一点，后电极1内壳烧蚀区域集中在后电极磁场线圈2左边。

在烧蚀试验运行一段时间后，如图2所示，快速断路器8断开，电流从后电极1流入并从前电极5流出后，全部进入水冷电阻和后电极磁场线圈2正极，并最终通过后电极磁场线圈2负极流出，此时后电极磁场线圈2通过的电流较大，形成并作用在后电极1内部的磁场强度较大，落在后电极1内的电弧弧根位置大幅度改变，后电极1内壳烧蚀区域集中在后电极磁场线圈2右边。

本实施例的烧蚀方法，通过控制快速断路器8的通断改变通过后电极磁场线圈2内流经电流大小，从而影响磁场强度大幅度改变后电极1弧根落在后电极1内部的位置，进而实现了管状电弧烧蚀装置的长时间烧蚀。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种管状电弧烧蚀装置，其特征在于，包括进气室、前电极、后电极、后电极磁场线圈、喷管和调控单元，前电极和后电极分别设置在进气室的前端和后端，喷管设置在前电极的前端，后电极磁场线圈套设在后电极外部，调控单元与后电极磁场线圈连接，调控单元能够调节后电极磁场线圈的磁场强度以改变位于后电极的电弧弧根位置。

2.根据权利要求1所述的管状电弧烧蚀装置，其特征在于，调控单元通过改变流经后电极磁场线圈的电流大小来调节后电极磁场线圈的磁场强度。

3.根据权利要求1所述的管状电弧烧蚀装置，其特征在于，调控单元包括第一电阻、第二电阻和快速断路器，第一电阻和第二电阻并联设置在前电极与后电极磁场线圈之间，快速断路器与第二电阻连接。

4.根据权利要求3所述的管状电弧烧蚀装置，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻为水冷电阻。

5.根据权利要求1所述的管状电弧烧蚀装置，其特征在于，还包括前电极磁场线圈，前电极磁场线圈套设在前电极外部。

6.根据权利要求5所述的管状电弧烧蚀装置，其特征在于，调控单元与前电极磁场线圈连接，调控单元能够调节前电极磁场线圈的磁场强度以改变位于前电极的电弧弧根位置。

7.根据权利要求3所述的管状电弧烧蚀装置，其特征在于，在快速断路器断开和闭合状态下，流经后电极磁场线圈的电流变化幅度≥50％。

8.根据权利要求1所述的管状电弧烧蚀装置，其特征在于，电弧弧根位置变化幅度≥5cm。

9.根据权利要求3所述的管状电弧烧蚀装置，其特征在于，调控单元还包括用于对快速断路器进行控制的控制元件，控制元件能够间歇式地控制快速断路器断开和闭合。

10.一种烧蚀方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一所述的管状电弧烧蚀装置进行，烧蚀方法包括如下步骤：

A)向进气室通入工作气体，同时向管状电弧烧蚀装置施加电流，在后电极与前电极之间产生的电弧加热工作气体形成流场以对模型进行烧蚀；

B)烧蚀一段时间后，通过调控单元调节后电极磁场线圈的磁场强度以改变位于后电极的电弧弧根位置。

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