一種高超聲速內流場波系結構觀測方法技術

一種高超聲速內流場波系結構觀測方法，是一種簡單可行、建設成本低，獲得模型內流場波系結構的方法，它是利用輝光放電流場顯示技術的原理進行模型內流場波系結構的分截面觀測，試驗中模型一側使用透明材料制成，以便進行輝光放電圖像的拍攝，在模型內部相對壁面上布置多對放電電極，采用放電控制單元依次選擇其中一對電極進行放電，采用同步控制單元進行輝光放電與相機拍攝的同步，從而可以在一次試驗中獲得多個截面的流場波系結構。該方法結構簡單，對設備要求較低，是高超聲速低密度風洞中可以使用的一種流場顯示方法。

【技術實現步驟摘要】
一種高超聲速內流場波系結構觀測方法
本專利技術涉及一種高超聲速內流場波系結構觀測方法，屬于風洞流場顯示領域。
技術介紹
常規高超聲速風洞試驗中一般采用紋影法或陰影法顯示模型周圍流場波系結構，但紋影和陰影法均是基于氣體的光學折射率是密度的函數，利用氣體折射率變化引起的光線偏折原理進行測量的，由于光學折射是一個路徑的積分過程，因此無法使用以上兩種方法進行模型內流場的波系結構觀測，更無法進行模型內流場不同位置截面波系結構的觀測。
技術實現思路
本專利技術解決的技術問題為：提供一種高超聲速內流場波系結構觀測方法，通過控制內壁面上的多個電極對依次放電，并利用相機依次同步拍攝放電圖像，實現模型內流場中各個不同截面流場波系結構的觀測，解決了高超聲速內流場不同截面位置波系結構觀測的問題。本專利技術解決的技術方案為：一種高超聲速內流場波系結構觀測方法，步驟如下：(1)將內流模型的頂面使用透明材料制成，側面和底面均進行不反光處理，(2)在內流模型相對的兩個側面內壁上布置多對放電電極，所述放電電極為條狀或點狀，同一側面上的放電電極不相交；(3)在風洞試驗中，放電控制模塊能夠根據需要觀測的內流場截面，即平行于氣流方向的截面，選擇放電電極并能夠控制高壓電源給放電電極供電，使放電電極放電；(4)相機是安裝在透明材料的頂面外側，鏡頭垂直透明頂面，對準內流模型內部；同步控制模塊，能夠控制在風洞試驗中放電電極輝光放電與相機拍攝進行同步，即放電電極在瞬間放電時，相機能夠在放電瞬間對內流模型內部流場結構輝光放電圖像進行拍攝，得到內流場波系結構圖像，相機拍攝時內流模型內無放電電極產生的輝光以外的光源。所述風洞試驗的過程為先向內流模型內通入氣體，延遲一定時間后，放電電極通電。所述高壓電源的工作電壓在1kV以上。所述相機的曝光時間范圍為0.01～10ms，頻率為100～2000Hz。所述放電電極為條狀時，電極寬度小于5mm。所述放電電極為點狀時，電極截面直徑小于5mm。不反光處理，可以是對內流模型內壁面進行噴涂黑色啞光漆，也可以是在黏貼不反光的貼紙。本專利技術與現有技術相比的優點在于：(1)本專利技術透過透明壁面，可以實現對模型內流場波系結構的觀測。(2)本專利技術可以進行流場的分截面觀測，拍攝獲得的流場結構是一個截面的流場結構，而不是光路積分的結果，獲得的流場結構更加準確。(3)本專利技術可以在一次試驗中獲得多個截面的流場結構，獲得的流場信息更加豐富全面，通過后期圖像處理和三維重構，可獲得三維波系結構。(4)本專利技術是基于輝光放電流場顯示方法的原理，模型的頂面使用透明材料制成，在模型兩側內壁面上布置多個放電電極對，通過放電控制模塊依次選擇一個電極對進行放電，采用同步控制模塊控制電極放電與相機拍攝的同步，在一次試驗過程中可以獲得多個截面上的流場結構圖像，從而實現模型內流場波系結構的觀測。這種方法光路布置簡單、對設備要求低，是高超聲速低密度風洞中可以使用的一種流場顯示方法。附圖說明圖1為本專利技術的觀測模型電極布置示意圖；圖2為本專利技術的內流模型橫截面電極布置示意圖；圖3為本專利技術的測試系統原理圖；圖4為本專利技術的本專利技術的流程圖。具體實施方式本專利技術的基本思路為：提出一種高超聲速內流場波系結構觀測方法，本方法是一種簡單可行、建設成本低，獲得模型內流場波系結構的方法，它是利用輝光放電流場顯示技術的原理進行模型內流場波系結構的分截面觀測，試驗中模型一側使用透明材料制成，以便進行輝光放電圖像的拍攝，在模型內部相對壁面上布置多對放電電極，采用放電控制單元依次選擇其中一對電極進行放電，采用同步控制單元進行輝光放電與相機拍攝的同步，從而可以在一次試驗中獲得多個截面的流場波系結構。該方法結構簡單，對設備要求較低，是高超聲速低密度風洞中可以使用的一種流場顯示方法。下面結合附圖和具體實施例對本專利技術做進一步詳細描述。如圖3所示，本專利技術的方法需要利用的觀測模型，包括：內流模型、放電電極1、放電電極2、放電控制模塊、同步控制模塊、高壓電源；內流模型內部流過氣流，其橫截面(垂直于氣流方向的截面)優選是長方形(也可是梯形、三角形、圓形或橢圓形等)，頂面可以為絕緣透明材料(優選：玻璃)，相對的兩個側面和底面是電絕緣材料(優選：陶瓷、聚四氟乙烯)；內流模型開放的兩端中的一端為氣流進口，另一端為氣流出口；放電電極1為多個條狀電極，安裝在側壁1的內側壁面，且多個條狀電極中兩兩不相交，放電電極2為多個條狀電極，安裝在側壁2的內側壁面(和安裝放電電極1相對的側壁的內側壁面)，且多個條狀電極中兩兩不相交；在風洞試驗中，每次放電選擇側壁1上的a～h中的一個作為放電電極1，選擇側壁2上的A～H中的一個作為放電電極2放電控制模塊、同步控制模塊、高壓電源在側壁外部，高壓電源能為放電電極1、放電電極2供電；放電控制模塊，能夠選擇和控制側壁1內側的任一電極(電極a～h中的一個)與側壁2內側的任一電極(電極A～H中的一個)放電；同步控制模塊，在風洞試驗中能夠將放電電極對(放電電極1、放電電極2)的輝光放電與相機拍攝進行同步，即放電電極1和放電電極2在瞬間放電時，相機能夠在放電瞬間對內流模型內部流場結構輝光放電圖像進行拍攝；所述相機是安裝在透明材料的頂面外側，鏡頭對準進氣道內部；放電電極1、放電電極2在瞬間放電時，內流模型內的氣流壓力在2000Pa以內，優選內流模型內通過的氣流含有氮氣；氣流速度大于音速(即馬赫數大于1)。如圖4所示，基于觀測模型，有本專利技術的一種高超聲速內流場波系結構觀測方法，步驟如下：(1)將內流模型的頂面使用透明材料制成，側面和底面均進行不反光處理，不反光處理，優選是對內流模型內壁面進行噴涂黑色啞光漆，或是在黏貼不反光的貼紙。(2)在內流模型相對的兩個側面內壁上布置多對放電電極，所述放電電極為條狀或點狀，同一側面上的放電電極不相交；放電電極為條狀時，優選電極間的最大寬度小于5mm；放電電極為點狀時，優選電極最大截面直徑小于5mm：(3)在風洞試驗中，放電控制模塊能夠根據需要觀測的內流場截面，即平行于氣流方向的截面，選擇放電電極并能夠控制高壓電源給放電電極供電，使放電電極放電；所述風洞試驗的過程為先向內流模型內通入氣體，延遲一定時間(延遲時間由風洞調試數據決定)后，放電電極通電，高壓電源的工作電壓優選在1kV以上。(4)相機是安裝在透明材料的頂面外側，鏡頭垂直透明頂面，對準內流模型內部；同步控制模塊，能夠控制在風洞試驗中放電電極輝光放電與相機拍攝進行同步，即放電電極在瞬間放電時，相機能夠在放電瞬間對內流模型內部流場結構輝光放電圖像進行拍攝，得到內流場波系結構圖像，相機拍攝時內流模型內無放電電極產生的輝光以外的光源，相機的曝光時間范圍優選為0.05ms～0.5ms，頻率為1000Hz～2000Hz，曝光時間和頻率可以由風洞有效運行時間和高壓電源放電脈寬決定。圖2為內流模型橫截面電極布置示意圖，圖2中圓圈內部一個叉，該圖標代表氣流方向是垂直于紙面向里的，另外如果是一個圓圈內部一個圓點則代表氣流方向是垂直于紙面向外的。風洞試驗過程中，根據需要觀測的截面位置，選擇側壁1和側壁2上的電極作為放電電極1和2，(例如，需觀測截面S1的波系結構，如圖2所示，則選擇側壁1上的a電極和側壁2上的A電極分別作為放電電極1和2進行放電；如需本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高超聲速內流場波系結構觀測方法，其特征在于步驟如下：(1)將內流模型的頂面使用透明材料制成，側面和底面均進行不反光處理；(2)在內流模型相對的兩個側面內壁上布置多對放電電極，所述放電電極為條狀或點狀，同一側面上的放電電極不相交；(3)在風洞試驗中，放電控制模塊能夠根據需要觀測的內流場截面，即平行于氣流方向的截面，選擇放電電極并能夠控制高壓電源給放電電極供電，使放電電極放電；(4)相機是安裝在透明材料的頂面外側，鏡頭垂直透明頂面，對準內流模型內部；同步控制模塊，能夠控制在風洞試驗中放電電極輝光放電與相機拍攝進行同步，即放電電極在瞬間放電時，相機能夠在放電瞬間對內流模型內部流場結構輝光放電圖像進行拍攝，得到內流場波系結構圖像，相機拍攝時內流模型內無放電電極產生的輝光以外的光源。

【技術特征摘要】
1.一種高超聲速內流場波系結構觀測方法，其特征在于步驟如下：(1)將內流模型的頂面使用透明材料制成，側面和底面均進行不反光處理；(2)在內流模型相對的兩個側面內壁上布置多對放電電極，所述放電電極為條狀或點狀，同一側面上的放電電極不相交；(3)在風洞試驗中，放電控制模塊能夠根據需要觀測的內流場截面，即平行于氣流方向的截面，選擇放電電極并能夠控制高壓電源給放電電極供電，使放電電極放電；(4)相機是安裝在透明材料的頂面外側，鏡頭垂直透明頂面，對準內流模型內部；同步控制模塊，能夠控制在風洞試驗中放電電極輝光放電與相機拍攝進行同步，即放電電極在瞬間放電時，相機能夠在放電瞬間對內流模型內部流場結構輝光放電圖像進行拍攝，得到內流場波系結構圖像，相機拍攝時內流模型內無放電電極產生的輝光以外的光源。2.根據權利要求1所述的一種高超聲速內流場波系...

【專利技術屬性】
技術研發人員：沙心國，陳星，紀鋒，文帥，袁明論，
申請(專利權)人：中國航天空氣動力技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京,11