基本介紹
- 中文名：高焓風洞
- 外文名：High Enthalpy Wind Tunnel
- 別名：熱衝風洞
- 包含：電弧風洞和放電式風洞
- 一級學科：航空科技
- 二級學科：飛行術語
簡介,電弧風洞,放電式風洞,關鍵技術,
簡介
電弧風洞和放電式風洞都是利用電弧放電所釋放的能量對駐室氣體進行加熱的高焓高超聲速風洞。電弧風洞是在較低的電壓下連續放電，電弧停留時間比較長，單位時間釋放的能量比較少。放電式風洞是在更高的電壓下瞬間放電，單位時間釋放的能量要此電弧風洞大得多，但風洞的t作時間比較短。
圖1 熱衝風洞示意圖
與常規高超聲速風洞和激波風洞不同，熱衝風洞的試驗氣流是準定常流動，試驗時間為20~ 200ms；試驗過程中弧室氣體壓力和溫度取決於試驗條件和時間，與高超聲速風洞和激波風洞相比要低10%—50%。熱衝風洞如圖1所示。所以要瞬時、同步地測量試驗過程中試驗段的氣流參量和模型上的氣動力特性，並採用一套專門的數據處理技術。熱衝風洞的研製開始於20世紀50年代初，落後於激波風洞。原來是要利用火花放電得到一個高性能的激波管驅動段，後來就演變成熱衝風洞。“熱沖”這個詞是R.W.佩里於1958年提出來的。
電弧風洞
電弧風洞運行前需要儲能裝置儲存電能，弧室充人一定壓力的氣體，膜片下游各部位被抽吸到近真空狀態。運行時，儲存的電能以千分之一毫秒到幾十毫秒的時間在弧室內通過電弧放電釋放，以加熱和壓縮氣體。當弧室中壓力升高到某個預定值時，膜片被衝破，氣體經過噴管膨脹加速，在試驗段中形成高超聲速氣流，然後通過擴壓器排入真空箱內。
放電式風洞
放電式風洞的部件組成與電弧風洞類似，電弧放電能在短時問內釋放出大量能量，因而氣流溫度可以達到很高。例如，1個大氣壓空氣中的焊接電弧，弧心處的氣體溫度可達6500K左右，相當于飛行器在同溫層以Ma=12飛行時的駐點溫度。放電式風洞在啟動前，先把空氣或其他氣體壓人高壓駐室內，高壓駐室與噴管之間用薄膜隔開。預儲在電容器中的大量電能，通過駐室內的電極放電。放電所釋放的巨大能量，將駐室內的空氣加熱到很高的溫度，同時壓力也大大提高。此時薄膜破裂，高壓高溫氣體進入噴管而膨脹，在試驗段就得到具有很高馬赫數和很高溫度的流動。風洞試驗能維持的時間在50ms左右，密度及雷諾數都能達到較高的值。
關鍵技術
熱衝風洞的一個技術關鍵是將材料燒損和氣體污染減少到可接受的程度。採取的措施有：以氮氣代替空氣作為試驗氣體，減小暴露在熱氣體中的弧室絕緣面積，合理設計材料燒損生成微粒的電極和喉道擋板結構，適當選取引弧用的熔斷絲，限制風洞在弧室氣體溫度低於4000K下運行等。熱衝風洞的儲能裝置有電容和電感兩種方式。前者常用於儲存10MJ以下的能量，後者多用於儲存5MJ~100MJ的能量。還有一種方式是電網直接供電，其能量一般為10MJ量級，不同的電能利用方式要求有相應的充電放電系統。熱衝風洞的模擬範圍一般可以達到馬赫數8~ 22，每米雷諾數(0.1~200)×10。長達上百毫秒的試驗時間，不僅使它一次運行能夠完成模型的全部迎角的靜態風洞試驗，而且可以進行風洞的動態試驗，測量動穩定性，以及採用空氣作試驗氣體（溫度一般在3000K 以下）進行高超聲速衝壓發動機試驗。
