一种用于叠片式电弧加热器的多光路光学测量压缩片的制作方法

本发明涉及一种多光路光学测量领域，特别是一种用于叠片式电弧加热器的多光路光学测量压缩片。

背景技术：

叠片式电弧加热器，又叫压缩弧式电弧加热器，具有高焓、运行稳定等优点，是研究高超声速、长航时飞行器气动热问题的主要试验设备。由于地面试验的局限性，例如加热器功率、喷管尺寸所限，无法做到全尺寸、全轨道模拟等，电弧加热器提供的模拟环境与飞行器真实飞行环境存在着一定的差异，然而目前对于如何评价这种差异性方法的匮乏，导致了目前飞行器防热设计仍存在着较大的余量，而过于保守的飞行器热防护系统不仅无谓增加了飞行器的载重负荷和挤占了宝贵的空间，也大大提高了飞行器飞行试验的成本。随着航天事业的发展，使得人们愈发重视“天、地差异性”带来的影响，而解决这一问题的核心在于获得准确的电弧加热器流场参数，例如气流温度、组分密度等。

由于叠片式电弧加热器内高温气体温度高达5000K～9000K，在如此的高温环境下，等离子体平-转-振激发和气流组分的离解复合，传统接触式的测量手段难以实现对叠片电弧加热器高温流场的准确定量测量，已经不能满足目前的试验需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种用于叠片式电弧加热器的多光路光学测量压缩片，解决了壁面高热载荷冷却以及多光路光学测量通道与冷却水道相互干扰的问题，满足叠片式电弧加热器激光吸收光谱诊断的多光路建设需求。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种用于叠片式电弧加热器的多光路光学测量压缩片，包括圆盘状光学测量压缩片主体和激光准直机构；沿光学测量压缩片主体的径向分别设置有进水口和出水口；沿光学测量压缩片主体的径向分别设置两个气管道，且两个气管道的连线经过光学测量压缩片主体的轴心；沿光学测量压缩片主体的周向均匀设置6个光学测量通道；光学测量压缩片主体沿轴线的周向均匀设置有n个定位安装孔，n为不小于6的正整数；光学测量压缩片主体通过定位安装孔与外部叠片式电弧加热器连接；激光准直机构的一端伸入光学测量通道；激光准直机构的另一端通过外部O型密封圈和外部石英玻璃实现与外部光学元件连接。

在上述的一种用于叠片式电弧加热器的多光路光学测量压缩片，所述的圆盘状光学测量压缩片主体为紫铜材料。

在上述的一种用于叠片式电弧加热器的多光路光学测量压缩片，所述进水口和出水口均位于光学测量压缩片主体的轴向中部，且进水口和出水口轴线的连线经过光学测量压缩片主体的轴心。

在上述的一种用于叠片式电弧加热器的多光路光学测量压缩片，所述光学测量压缩片主体轴向设置有通孔；所述气管道的一端与光学测量压缩片主体的外部连通，另一端与所述通孔的内壁连通；所述光学测量通道的一端与光学测量压缩片主体的外部连通，另一端与所述通孔的内壁连通；气管道和光学测量通道均位于光学测量压缩片主体的轴向中部。

在上述的一种用于叠片式电弧加热器的多光路光学测量压缩片，所述的光学测量压缩片主体的轴向厚度为40～45mm。

在上述的一种用于叠片式电弧加热器的多光路光学测量压缩片，沿光学测量压缩片主体的轴向，分别设置两层冷却水道；两层冷却水道对称分布在进水口和出水口所在平面的两侧。

在上述的一种用于叠片式电弧加热器的多光路光学测量压缩片，所述进水口和出水口的一端分别与两层冷却水道连通。

在上述的一种用于叠片式电弧加热器的多光路光学测量压缩片，每层冷却水道为6-8段沉孔首尾相连，形成对称环绕于光学测量压缩片主体轴向通孔的等边多边形结构；且段沉孔与光学测量压缩片主体通孔的最小间隙为3mm。

在上述的一种用于叠片式电弧加热器的多光路光学测量压缩片，在测量过程中，保留一对沿对角线方向的沉孔连通进水口和出水口，其余沉孔堵住。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明多光路光学测量压缩片采用上下双层布置冷却水道、中间层布置光学测量通道的间隔分层结构，既满足了防热需求，又避免了冷却水道与光学测量通道的相互干扰，从而在狭小的空间内可布置多路测量光路，极大的提升了激光吸收光谱技术应用于叠片式电弧加热器测量的空间分辨能力；

(2)本发明多光路光学测量压缩片采用导热性较好的紫铜材料，具有更好的导热能力；

(3)本发明多光路光学测量压缩片冷却水通道为六段沉孔首尾相连，形成近似外切于压缩片内径的六边形结构，且两条冷却水道使用同一冷却水进出口，加工及装配工艺简单；

(4)本发明多光路光学测量压缩片冷却水通道和光学测量通道为一体结构，具有更高的机械强度及防震特性。

附图说明

图1为本发明光学测量压缩片轴线中部剖视图；

图2为本发明双层冷却水道剖视图；

图3为本发明与光学测量通道相配合的激光准直机构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为光学测量压缩片轴线中部剖视图，由图可知，一种用于叠片式电弧加热器的多光路光学测量压缩片，包括圆盘状光学测量压缩片主体1和激光准直机构7；有B-B剖面图可以看出，沿光学测量压缩片主体1的径向分别设置有进水口2a和出水口2b；沿光学测量压缩片主体1的径向分别设置两个气管道4，且两个气管道4的连线经过光学测量压缩片主体1的轴心；气管道4外接进气管形成独立的进气系统；沿光学测量压缩片主体1的周向均匀设置6个光学测量通道5；光学测量压缩片主体1沿轴线的周向均匀设置有n个定位安装孔6，n为不小于6的正整数；光学测量压缩片主体1通过定位安装孔6与外部叠片式电弧加热器连接；定位安装孔6的数量及位置尺寸由所装备的叠片式电弧加热器压缩片结构尺寸确定。

其中，为满足强度和防热的需要，圆盘状光学测量压缩片主体1为紫铜材料；光学测量压缩片主体1的轴向厚度为40～45mm。

所述进水口2a和出水口2b均位于光学测量压缩片主体1的轴向中部，且进水口2a和出水口2b轴线的连线经过光学测量压缩片主体1的轴心；且光学测量压缩片主体1轴向设置有通孔；所述气管道4的一端与光学测量压缩片主体1的外部连通，另一端与所述通孔的内壁连通；所述光学测量通道5的一端与光学测量压缩片主体1的外部连通，另一端与所述通孔的内壁连通；气管道4和光学测量通道5均位于光学测量压缩片主体1的轴向中部。

如图3所示为与光学测量通道相配合的激光准直机构，如图所知，激光准直机构7的一端伸入光学测量通道5；激光准直机构7的另一端通过外部O型密封圈8和外部石英玻璃9实现与外部光学元件10连接；其中，外部O型密封圈8和外部石英玻璃9防止高温气体外泄露。右端留有足够的空间用于安装透镜、光纤、滤波片等光学元件实现激光聚焦及准直。

如图2所示为双层冷却水道剖视图，由图可知，沿光学测量压缩片主体1的轴向，分别设置C-C剖面和D-D剖面的两层冷却水道3；C-C剖面和D-D剖面的两层冷却水道3完全相同，且两层冷却水道3对称分布在进水口2a和出水口2b所在平面的两侧。

从A-A剖面可以看出，进水口2a和出水口2b的一端分别与两层冷却水道3连通。

每层冷却水道3为6-8段沉孔首尾相连，形成呈辐射状对称环绕于光学测量压缩片主体1轴向通孔的等边多边形结构；且段沉孔与光学测量压缩片主体1通孔的最小间隙为3mm，保证得到最佳的冷却效果。

在测量过程中，保留一对沿对角线方向的沉孔连通进水口2a和出水口2b，其余沉孔堵住。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。