一种高效率分段电弧加热器的制作方法

本发明涉及飞行器防热结构考核地面模拟，尤其是涉及一种高效率分段电弧加热器。

背景技术：

1、电弧加热器是飞行器防热结构考核地面模拟试验设备，用于模拟飞行器在中低空高速飞行时遭遇的热环境。随着型号任务的发展，对气动热地面模拟试验中电弧加热器的运行参数要求越来越高，目前的应对策略主要是发展大功率电弧加热技术。但随着加热器功率越大，其所需要的各种配套设施，附属设备(如冷却设备等)，均需要大幅度升级改造，建设成本远远高于电弧加热器本身的成本。

2、需要发展大功率电弧加热的主要目的是，使电弧加热器的输出能量能够满足日益增长的高运行参数试验需要。现有技术基本都是通过提高电源、电流等以满足大功率电弧加热器要求的思路，例如cn106793440a-一种大功率超高焓电弧加热器，为了达到足够的参数，需要设置多个扩散阳极，其扩散段和阳极组件设置的特别大，才能允许更高的电流运行，以传送大功率电弧，这种设计虽然达到大功率超高焓的效果，但无疑其建造和配套成本都极高。

3、一种另外的思路是，可以通过提高电弧加热器的热效率(即有效输出的能量与输入的能量之比)来达到大功率电弧加热器的目的。对于电弧加热器来说，输入的能量和有效输出的能量之间的差值就是被受热部位的内壁面和冷却水带走的能量损失，如果能够通过各种途径有效降低这部分能量损失，那么就能在输入能量一定的情况下，更多的输出有效能量，同样能够起到大功率电弧加热器的效果，或者至少相较于现有的电弧加热器，能量利用率更高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高效率分段电弧加热器，能够有效降低被受热部位的内壁面和冷却水带走的能量损失；

2、本发明提供一种高效率分段电弧加热器，包括：悬浮段，内部有气流通道，用于约束电弧弧柱通过；阳极，位于所述悬浮段的上游端，内部附着电弧的正极弧根；阴极，位于所述悬浮段的下游端，内部附着电弧的负极弧根；所述阳极和所述阴极外分别包裹有线圈，所述线圈用于调整电弧弧根的姿态。

3、进一步地，所述气流通道内沿轴向依次间隔设置若干进气环，所述进气环上沿周向均布若干贯穿至环内侧的进气孔。

4、进一步地，相邻两进气孔间，前一进气孔的出口朝向后一进气口的出口，若干进气孔的出口侧气流共同形成气膜。

5、进一步地，所述进气环嵌入所述气流通道中，所述进气环的内孔径大于所述气流通道的孔径。

6、进一步地，所述悬浮段包括沿轴向依次首尾相接的若干悬浮片，且相邻所述悬浮片之间分别通过绝缘片连接，所述进气环的外端嵌在相邻所述悬浮片的内侧之间。

7、进一步地，所述阳极和所述阴极与所述悬浮段的连接处分别设有所述绝缘片和所述进气环。

8、进一步地，所述线圈的前端与所述阳极的尾端平齐。

9、进一步地，所述阳极包括内壳和外壳，所述内壳位于所述外壳内，所述外壳远离所述悬浮段的一端设有隔热端盖，所述内壳远离所述悬浮段的一端设有隔热端头。

10、进一步地，所述线圈包括支架和螺线管，所述支架套设在所述外壳上，所述螺线管缠绕在所述支架上，所述螺线管前端与所述端头前端平齐。

11、进一步地，所述阳极、所述悬浮段和所述阴极均采用节水冷却结构。

12、本发明的技术方案在阳极和阴极外缠绕线圈，利用通电时产生的磁场对电弧弧根产生洛伦兹力，帮助电弧弧根切向旋转，同时调节电弧弧根的轴向位置，使得电弧能够沿着气流通道中部旋转通过悬浮段，尽量少的接触气流通道内壁，从而减少了内壁面和冷却水造成的能量损失，有效提高了电弧加热器的热效率。

技术特征：

1.一种高效率分段电弧加热器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高效率分段电弧加热器，其特征在于，所述气流通道内沿轴向依次间隔设置若干进气环，所述进气环上沿周向均布若干贯穿至环内侧的进气孔。

3.根据权利要求2所述的高效率分段电弧加热器，其特征在于，相邻两进气孔间，前一进气孔的出口朝向后一进气口的出口，若干进气孔的出口侧气流共同形成气膜。

4.根据权利要求2所述的高效率分段电弧加热器，其特征在于，所述进气环嵌入所述气流通道中，所述进气环的内孔径大于所述气流通道的孔径。

5.根据权利要求4所述的高效率分段电弧加热器，其特征在于，所述悬浮段包括沿轴向依次首尾相接的若干悬浮片，且相邻所述悬浮片之间分别通过绝缘片连接，所述进气环的外端嵌在相邻所述悬浮片的内侧之间。

6.根据权利要求5所述的高效率分段电弧加热器，其特征在于，所述阳极和所述阴极与所述悬浮段的连接处分别设有所述绝缘片和所述进气环。

7.根据权利要求1所述的高效率分段电弧加热器，其特征在于，所述线圈的前端与所述阳极的尾端平齐。

8.根据权利要求7所述的高效率分段电弧加热器，其特征在于，所述阳极包括内壳和外壳，所述内壳位于所述外壳内，所述外壳远离所述悬浮段的一端设有隔热端盖，所述内壳远离所述悬浮段的一端设有隔热端头。

9.根据权利要求8所述的高效率分段电弧加热器，其特征在于，所述线圈包括支架和螺线管，所述支架套设在所述外壳上，所述螺线管缠绕在所述支架上，所述螺线管前端与所述端头前端平齐。

10.根据权利要求1所述的高效率分段电弧加热器，其特征在于，所述阳极、所述悬浮段和所述阴极均采用节水冷却结构。

技术总结
本发明提供了一种高效率分段电弧加热器，涉及飞行器防热结构考核地面模拟技术领域，包括：悬浮段，内部有气流通道，用于约束电弧弧柱通过；阳极，位于所述悬浮段的上游端，内部附着电弧的正极弧根；阴极，位于所述悬浮段的下游端，内部附着电弧的负极弧根；所述阳极和所述阴极外分别包裹有线圈，所述线圈用于调整电弧弧根的姿态。本发明的技术方案在阳极和阴极外缠绕线圈，利用通电时产生的磁场对电弧弧根产生洛伦兹力，帮助电弧弧根切向旋转，同时调节电弧弧根的轴向位置，使得电弧能够沿着气流通道中部旋转通过悬浮段，尽量少的接触气流通道内壁，从而减少了内壁面和冷却水造成的能量损失，有效提高了电弧加热器的热效率。

技术研发人员：袁国伍,朱兴营,付建壮,欧东斌,陈海群,何大龙,刘祥
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12