一種超高焓電弧加熱器陰極的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電弧加熱器領域，特別涉及一種應用于氣動熱地面模擬實驗中的超高焓電弧加熱器陰極。
【背景技術】
[0002]航天飛行器在再入大氣層的過程中，由于其表面受到嚴重的氣動加熱及輻射加熱，這就需要飛行器裝載防熱系統(tǒng)。而防熱系統(tǒng)的防熱材料需要在地面進行氣動熱實驗以考核其防熱性能，氣動熱實驗一般在等離子電弧風洞中進行，電弧風洞作為高超音速風洞的一種，利用電弧加熱器產(chǎn)生的高焓值氣體配合壓縮氣體模擬高超音速飛行時的高溫高壓環(huán)境。
[0003]隨著氣動熱地面模擬技術的發(fā)展，各種類型的電弧加熱器被研制出來并應用于氣動熱地面模擬實驗。由于結構和運行方式的限制，各類電弧加熱器均有其模擬范圍。例如，管狀電弧加熱器用來模擬高壓、低焓環(huán)境，片式和段式電弧加熱器用于模擬中高壓、中低焓環(huán)境，高頻感應電弧加熱器用于模擬低壓、高焓環(huán)境。但是，在現(xiàn)代氣動熱地面模擬技術中越來越需要創(chuàng)造極端高溫來履行多種功能。其中的一項功能就是模擬地球大氣層或者其他行星大氣層中的太空飛行或者超音速飛行條件，以考核防熱材料的防熱性能。例如，飛船返回艙以第二宇宙速度再入大氣層，其表面將經(jīng)受嚴重的氣動加熱及輻射加熱，周圍環(huán)境焓值將達到56MJ/kg，此前的加熱器均不能提供如此高的焓值。開發(fā)研制超高焓電弧加熱器是很有必要的，而電弧加熱器陰極是其中研究的一個重點和難點。因此，現(xiàn)有技術中至少存在如下問題，現(xiàn)有技術中的電弧加熱器均不能用于模擬超高焓值環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種超高焓電弧加熱器陰極，用于解決現(xiàn)有技術中的電弧加熱器均不能用于模擬超高焓值的環(huán)境問題，該超高焓電弧加熱器陰極提高了氣流的焓值。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
[0006]—種超高焓電弧加熱器陰極，包括:
[0007]陰極端頭，其與電源負極電連接；
[0008]腔體，其呈錐形，所述腔體內(nèi)徑值大的一端與所述陰極端頭固定連接，進入所述腔體中的工作氣體在電弧的作用下被電離形成高溫等離子體流，等離子體流在所述內(nèi)徑逐漸變小的腔體中被壓縮使其加速，所述腔體由多個相互絕緣且固定連接的壓縮片構成，以用來防止電流沿所述腔體表面通過。
[0009]優(yōu)選的是，所述的超高焓電弧加熱器陰極，所述陰極端頭包括內(nèi)殼和外殼，在所述內(nèi)殼和外殼之間設置一供冷水通過的管道，以用來冷卻所述陰極端頭。
[0010]優(yōu)選的是，所述的超高焓電弧加熱器陰極，所述每個壓縮片均包括內(nèi)殼和外殼，在所述每個壓縮片的內(nèi)殼和外殼之間均設置一供冷水通過的管道，以用來冷卻所述壓縮片。
[0011]優(yōu)選的是，所述的超高焓電弧加熱器陰極，所述腔體還包括多個絕緣片，所述多個壓縮片和所述多個絕緣片以間隔交替的方式排列且相互之間固定連接形成所述腔體。
[0012]優(yōu)選的是，所述的超高焓電弧加熱器陰極，在靠近所述陰極端頭的壓縮片上設置有引弧氣體入口和工作氣體入口。
[0013]優(yōu)選的是，所述的超高焓電弧加熱器陰極，所述引弧氣體入口設置在所述工作氣體入口的上游，所述腔體內(nèi)徑大的一端為上游。
[0014]優(yōu)選的是，所述的超高焓電弧加熱器陰極，所述腔體的內(nèi)徑逐漸變小形成的內(nèi)徑線與所述腔體的中軸線的夾角范圍設置為5度?25度。
[0015]優(yōu)選的是，所述的超高焓電弧加熱器陰極，所述陰極端頭面向所述腔體的一面上設置有球冠型突起或者球冠型凹陷。
[0016]優(yōu)選的是，所述的超高焓電弧加熱器陰極，所述陰極端頭上設置的球冠型突起或者球冠型凹陷的外徑值小于所述腔體的最小內(nèi)徑值。
[0017]優(yōu)選的是，所述的超高焓電弧加熱器陰極，所述陰極端頭中含有2%的鎢釷合金材料。
[0018]本發(fā)明至少包括以下有益效果:由于腔體呈錐形，所述腔體內(nèi)徑值大的一端與所述陰極端頭固定連接，進入所述腔體中的工作氣體在電弧的作用下被電離形成高溫等離子體流，等離子體流在所述內(nèi)徑逐漸變小的腔體中被壓縮使其加速，以高溫高速的方式流出所述腔體，具有壓縮作用的腔體結構，迫使電弧在陰極區(qū)產(chǎn)生壓縮加速，提高了工作氣體與電弧的熱交換效率，從而提高了氣流的焓值。所述腔體由多個相互絕緣且固定連接的壓縮片構成，以用來防止電流沿所述腔體表面通過，減少了能量的損失，有利于提高氣流焓值。引弧氣體入口和工作氣體入口都設置在陰極端頭附近，減少了能量損失。所述腔體的圓錐形結構以及所述陰極端頭面向所述腔體的一面上設置有球冠型突起或者球冠型凹陷，保證了加熱器容易引弧，且不發(fā)生尖端放電，同時也減少了能量損失。在所述陰極端頭和多個壓縮片中都設置有供冷水流通的管道，用來冷卻陰極端頭和壓縮片，保證了大電流能夠長時間的穩(wěn)定運行。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明所述的超高焓電弧加熱器陰極的結構示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明所述的超高焓電弧加熱器陰極的陰極端頭的結構示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明所述的超高焓電弧加熱器陰極的壓縮片的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0023]為使本發(fā)明技術方案的優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細說明。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的超高焓電弧加熱器陰極，包括:
[0025]陰極端頭I，其與電源負極電連接;腔體2，其呈錐形，腔體內(nèi)徑值大的一端與陰極端頭固定連接，進入腔體中的工作氣體在電弧的作用下被電離形成高溫等離子體流，等離子體流在內(nèi)徑逐漸變小的腔體中被壓縮使其加速，腔體2由多個相互絕緣且固定連接的壓縮片3構成，以用來防止電流沿腔體2表面通過。
[0026]需要說明的是，陰極端頭和腔體之間的固定連接以及多個壓縮片之間的固定連接均為密封固定，具體方法可以選擇螺栓連接或者焊接等，在此并不做具體的限定。
[0027]具有壓縮作用的腔體結構，迫使電弧在陰極區(qū)產(chǎn)生壓縮加速，提高了