[科普中国]-电弧加热风洞

简介

电弧（加热）风洞具有高焓、高热流、长时间、高空层流模拟能力，是进行高超声速飞行器热防护与热结构试验考核的重要地面试验设备之一。风洞运行时高压气流经电弧加热器加热，通过喷管膨胀加速，形成高温射流，对安装在喷管出口的试件进行烧蚀试验，试验后的气流进入扩压器减速，通过冷却器冷却至常温后进入真空容器。主要由电弧加热器、喷管、试验段、扩压器、冷却器、真空系统、控制系统和水、气、电附属系统等组成1。

电弧加热器电弧加热器是电弧风洞的关键设备之一，它的起动状况关系到整个风洞的起动成败，是风洞正常运行的前提。良好的起动方式对风洞安全运行和试验效率的提升至关重要。

电弧加热器根据结构差异分为不同的种类以实现不同的试验参数需要，常用于风洞配套的电弧加热器有片式、管式、磁旋式等2。

目前，国内电弧风洞一般采用金属丝大电流熔融引弧的方法起动电弧加热器，但在使用过程中也暴露了一系列无法克服的问题。如：

（1）准备时间长，每完成一次试验必须放掉试验段真空，安装金属丝完毕后重新抽真空；

（2）可靠性差，气流量稍大，就会造成金属丝虚接、吹断；

（3）熔渣影响设备安全，未完全熔融的金属丝落在电极之间，降低绝缘，导致局部放电，烧损设备；

（4）熔化后的金属丝粉末堵塞测压管道，影响参数测试。

电弧加热风洞试验为了研究能够在再入大气层承受过热条件下的热防护系统，需要建立能够模拟这些条件的地面试验设备。等离子电弧加热风洞(或电弧射流)是最常采用的地面实验装置。在这种试验设备上可以产生飞行条件下具有代表性的加热率和长时间的加热实验，用上述设备来进行隔热材料的性能预测和有关热防护系统的实验验证是必须的。

众所周知，制约电弧加热器长时间加热运行的关键是因为电弧电流的数值太大使得电极烧损，加之空气中的氧元素对铜元素的氧化作用引起电极烧损加剧，因而，根据上述因素，选择适当的能够满足飞行器隔热环境的试验状态参数，使得电弧电流小，介质流量大，可以延长电弧加热器的加热运行寿命。