【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种电弧加热光学传输试验喷管，属于模拟试验装置设计领域。
技术介绍
1、采用红外末制导技术的飞行器，在弹道末段一定高度抛罩后，继续在稠密大气层中飞行，处于头部的光学窗口，常采用硫化锌、氟化镁、尖晶石、蓝宝石等透红外玻璃材料制成，是受到气动加热载荷最严重的部位，较高的窗口温度及温度梯度会对光学成像探测系统的传输造成干扰，引起目标图像偏移、抖动、模糊等畸变，严重影响到目标识别，这种现象就称为气动光学效应。目前采用红外末制导技术的飞行器越来越多，在其研制过程中，均需要进行气动光学效应地面模拟试验研究，以检验窗口能否承受住热冲击的热力学性能以及导引头系统的各项光学传输性能指标，近似获得真实飞行条件下的目标识别效果，从而为窗口组件的防热设计和导引头系统的光学设计及算法改进提供技术支撑。
2、电弧加热地面试验设备由于具有气体成分真实、参数调节范围广、可长时间加热等优点而成为气动加热模拟试验的首选设备，但一般是进行常规防隔热材料筛选、烧蚀性能研究，没有形成适用于气动光学研究的喷管设计技术。针对系统综合考核试验需求，需要以电弧加热地面模拟试验设备为依托，围绕热-力-光同时加载的特殊需求，开发特需的喷管设计技术，解决试验遇到的逆气流光学观测、晶体材料急冷急热易碎裂等问题。
3、进行光学成像效果考核试验，位于光学窗口内的探测器需要逆喷管气流观测模拟目标，光束与喷管喉道可能会发生固壁干扰，需要确立光学传输效应试验喷管内型面设计原则，既能满足流场模拟条件，又能满足光学传输的特殊需求；
4、在电弧加热器点弧正
5、试验时喷管处于高温状态，要对喷管实现有效的、均匀的冷却。
技术实现思路
1、本技术所要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提出一种电弧加热光学传输试验喷管，实现喷管内逆气流观测。
2、本技术采用的技术方案为：
3、本技术公开了一种电弧加热光学传输试验喷管，包括：喷管本体、收缩段出水管、收缩段冷却外壳、扩张段出水管、扩张段冷却外壳、导流槽、导流挡板、送进机构、扩张段进水管和收缩段进水管；其中，
4、所述喷管本体的出口端与u型导流槽连接，所述u型导流槽的内侧对称设有限位槽，与导流挡板相匹配，导流槽与导流挡板围成溢流通道；
5、送进机构与导流挡板连接，送进机构控制导流挡板沿限位槽移动，起到对喷管本体出口进行遮挡的作用；
6、收缩段出水管和收缩段进水管对称设置在收缩段冷却外壳上下两侧；扩张段出水管和扩张段进水管对称设置在扩张段冷却外壳的上下两侧；冷水分别从收缩段进水管和扩张段进水管流进，再分别从收缩段出水管和扩张段出水管流出，起到对喷管本体进行冷却的作用。
7、进一步地，在上述试验喷管中，所述喷管本体包括收缩段和扩张段；其中，收缩段的内表面为凹球面，扩张段的内表面包括扩张角θ为5°～6°的内圆锥面和凸面，凹球面和内圆锥面通过凸面平滑过渡连接。
8、进一步地，在上述试验喷管中，所述收缩段冷却外壳和扩张段冷却外壳为薄壁卷筒结构，分别与收缩段外表面和扩张段外表面连接形成夹层缝隙。
9、进一步地，在上述试验喷管中，所述的喷管本体的收缩段与收缩段冷却外壳之间的夹层缝隙为第一冷却水流动缝隙，扩张段与扩张段冷却外壳之间的夹层缝隙为第二冷却水流动缝隙；冷却水从收缩段进水管流入所述第一冷却水流动缝隙，从收缩段出水管流出，对喷管本体的收缩段进行冷却；冷却水从扩张段进水管流入所述第二冷却水流动缝隙，从扩张段出水管流出，对喷管本体的扩张段进行冷却。
10、进一步地，在上述试验喷管中，所述第一冷却水流动缝隙和第二冷却水流动缝隙的宽度为3～4mm。
11、进一步地，在上述试验喷管中，所述的喷管本体最窄截面处喉道的直径d1为光束当地直径d2的1.2～1.5倍。
12、进一步地，在上述试验喷管中，所述喷管本体出口马赫数为1.5～2.5。
13、进一步地，在上述试验喷管中，导流挡板与喷管本体距离l为喷管本体出口直径d3的1/3～1/2。
14、进一步地，在上述试验喷管中，导流挡板的送进行程h为喷管本体出口直径d3的1.2～1.6倍。
15、进一步地，在上述试验喷管中，喷管本体、收缩段出水管、收缩段冷却外壳、扩张段出水管、扩张段冷却外壳、扩张段进水管和收缩段进水管均由不锈钢材质制成，导流槽与导流挡板由碳钢制成。
16、利用一种电弧加热光学传输试验喷管进行试验的操作方法，其特征在于，包括：
17、试验开始前，由送进机构控制遮导流挡板遮挡在试验对象前，外部输入的冷气流通过导流槽与导流挡板形成的空间溢流；
18、启动电弧加热器产生流场，流场稳定后，由送进机构将导流挡板拉出流场；流场对试验对象进行气动加热；
19、试验对象通过喷管主体的喉道对观测目标进行观测，得到观测结果；
20、当到达试验时间时，由送进机构将导流挡板送入流场，遮挡住试验对象；
21、停止电弧加热器，热气流变为冷气流后，从导流槽与导流挡板形成的空间溢流。
22、本技术与现有技术相比的有益效果为：
23、(1)本技术紧密结合末制导光学窗口气动光学效应试验的热-力-光联合考核特殊需求，以电弧加热地面试验设备为依托，研发了专用喷管，解决了喷管内逆气流观测干涉、窗口急冷/热易碎裂等技术难题，使气动加热试验与光学效应研究能在地面试验中有机地结合在一起，具有很强的综合利用价值；
24、(2)本技术为飞行故障地面复现提供试验数据，解决了飞行器的改进型光学探测系统的优化验证问题。
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1.一种电弧加热光学传输试验喷管，其特征在于，包括：喷管本体(1)、收缩段出水管(2)、收缩段冷却外壳(3)、扩张段出水管(4)、扩张段冷却外壳(5)、导流槽(6)、导流挡板(7)、送进机构(8)、扩张段进水管(9)和收缩段进水管(10)；其中，
2.根据权利要求1所述的一种电弧加热光学传输试验喷管，其特征在于：所述喷管本体(1)包括收缩段和扩张段；其中，收缩段的内表面为凹球面(1-1)，扩张段的内表面包括扩张角θ为5°～6°的内圆锥面(1-3)和凸面(1-2)，凹球面(1-1)和内圆锥面(1-3)通过凸面(1-2)平滑过渡连接。
3.根据权利要求2所述的一种电弧加热光学传输试验喷管，其特征在于：所述收缩段冷却外壳(3)和扩张段冷却外壳(5)为薄壁卷筒结构，分别与收缩段外表面和扩张段外表面连接形成夹层缝隙。
4.根据权利要求3所述的一种电弧加热光学传输试验喷管，其特征在于：所述的喷管本体(1)的收缩段与收缩段冷却外壳(3)之间的夹层缝隙为第一冷却水流动缝隙，扩张段与扩张段冷却外壳(5)之间的夹层缝隙为第二冷却水流动缝隙；冷却水从收缩段进水管(1
5.根据权利要求4所述的一种电弧加热光学传输试验喷管，其特征在于：所述第一冷却水流动缝隙和第二冷却水流动缝隙的宽度为3～4mm。
6.根据权利要求1所述的一种电弧加热光学传输试验喷管，其特征在于：所述的喷管本体(1)最窄截面处喉道的直径D1为光束当地直径D2的1.2～1.5倍。
7.根据权利要求1所述的一种电弧加热光学传输试验喷管，其特征在于：所述喷管本体(1)出口马赫数为1.5～2.5。
8.根据权利要求1所述的一种电弧加热光学传输试验喷管，其特征在于：导流挡板(7)与喷管本体(1)距离L为喷管本体(1)出口直径D3的1/3～1/2。
9.根据权利要求1所述的一种电弧加热光学传输试验喷管，其特征在于：导流挡板(7)的送进行程H为喷管本体(1)出口直径D3的1.2～1.6倍。
10.根据权利要求1所述的一种电弧加热光学传输试验喷管，其特征在于：喷管本体(1)、收缩段出水管(2)、收缩段冷却外壳(3)、扩张段出水管(4)、扩张段冷却外壳(5)、扩张段进水管(9)和收缩段进水管(10)均由不锈钢材质制成，导流槽(6)与导流挡板(7)由碳钢制成。
...【技术特征摘要】
1.一种电弧加热光学传输试验喷管，其特征在于，包括：喷管本体(1)、收缩段出水管(2)、收缩段冷却外壳(3)、扩张段出水管(4)、扩张段冷却外壳(5)、导流槽(6)、导流挡板(7)、送进机构(8)、扩张段进水管(9)和收缩段进水管(10)；其中，
2.根据权利要求1所述的一种电弧加热光学传输试验喷管，其特征在于：所述喷管本体(1)包括收缩段和扩张段；其中，收缩段的内表面为凹球面(1-1)，扩张段的内表面包括扩张角θ为5°～6°的内圆锥面(1-3)和凸面(1-2)，凹球面(1-1)和内圆锥面(1-3)通过凸面(1-2)平滑过渡连接。
3.根据权利要求2所述的一种电弧加热光学传输试验喷管，其特征在于：所述收缩段冷却外壳(3)和扩张段冷却外壳(5)为薄壁卷筒结构，分别与收缩段外表面和扩张段外表面连接形成夹层缝隙。
4.根据权利要求3所述的一种电弧加热光学传输试验喷管，其特征在于：所述的喷管本体(1)的收缩段与收缩段冷却外壳(3)之间的夹层缝隙为第一冷却水流动缝隙，扩张段与扩张段冷却外壳(5)之间的夹层缝隙为第二冷却水流动缝隙；冷却水从收缩段进水管(10)流入所述第一冷却水流动缝隙，从收缩段出水管(2)流出，对喷管本体(1)的收缩段进行冷却；冷却水从扩张段进水管(9)流...
【专利技术属性】
技术研发人员：程梅莎，袁国伍，欧东斌，曾徽，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：新型
国别省市：
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