基于TDLAS的电弧风洞流场Cu组分监测

电弧风洞是进行防热材料和防热结构考核与研究的必要设备,也是高超声速地面试验能力的重要组成部分,但电弧加热器的电极烧蚀会导致较为严重的流场污染,影响试验准确性。利用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS),通过对20MW级片式电弧加热器内部流场中Cu原子809.25nm跃迁谱线进行实时测量,研究了电弧风洞流场中Cu污染情况和电极烧蚀情况。在获得Cu原子该谱线低能态数密度基础上,估算了运行功率分别在7.3、8.7、10.0和11.7MW时流场中Cu组分(原子态和离子态)总数密度平均为10.6×10^13、11.2×10^13、11.7×10^13和16.4×10^13 cm^-3,同时得到平均电极烧蚀率约为1.65×10^-5 g/C。试验还发现,TDLAS信号在高温流场建立阶段起伏变化明显,并且在功率跃变时也会出现突然增强而后迅速回落的现象,表明电弧抖动会使电极烧蚀严重加剧。