大功率電弧加熱器起弧過程流場特性研究

歐東斌, 曾 徽, 馬漢東， 閆憲翔

(中國航天空氣動力技術研究院電弧等離子應用裝備北京市重點實驗室, 北京 100074)

引 言

電弧等離子體通過氣體電離擊穿放電, 產生弧光, 獲得等離子體環境, 廣泛應用于垃圾焚燒、 重金屬處理、 CVD熱等離子體處理、 等離子體霧化等領域[1], 通過電弧等離子體加熱空氣介質的方式獲得高溫氣流, 可以模擬飛行器再入的氣動熱環境, 是開展防熱材料篩選和考核的首選地面試驗模擬環境[2]. 電弧等離子體的起弧過程是氣體離解和電離的過程, 氬氣介質因其是單原子分子, 無需離解且電離能較低, 可以快速擊穿并建立電弧通道, 目前采用真空氬氣起弧方式因其起弧可靠性、 安全性和運行的方便性, 已經成為國內外電弧風洞加熱設備啟動運行的首選方案[3]. 同時, 隨著新型高超聲速飛行器的發展, 對于氣動熱地面試驗設備模擬能力提出了更高的要求, 發展具備模擬高焓、 高壓熱環境的電弧加熱自由射流平臺是未來氣動熱試驗設備發展的重要方向, 其中真空氬氣起弧試驗技術要求進一步發展為常壓氬氣起弧, AEDC研究中心的H3 70 MW電弧加熱自由射流設備, 采用常壓氬氣起弧方式可以實現高焓疊片式電弧加熱器常壓啟動, 對于開展高焓(≥10 MJ/kg)、 高壓(≥10 MPa)端頭燒蝕試驗具有重要意義[4]. 目前國內缺乏這一類型的常壓疊片式電弧加熱設備, 中國航天空氣動力技術研究院正在開展真空-常壓(100 Pa～0.1 MPa)起弧試驗技術的研究, 進一步要求……