CN106370385A - 发动机缸内近壁流场的测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机缸内近壁流场的测试装置，将反射镜支架安装在加长机体下底板的表面并伸入到加长活塞内，旋转架与反射镜支架轴连接，反射镜装在旋转架上，反射镜的角度可在‑45°到+45°范围内自由调节。加长活塞的顶部设有玻璃视窗，加长活塞与活塞顶盖板固定连接，反射镜通过可视化窗口接收缸内流场信息。解决了因机械结构限制造成的活塞顶视窗面积小，而难以获取气缸截面近壁流动的信息问题。通过控制激光源与反射镜角度的配合，可以将光学拍摄区域扩展到缸内近壁处，通过角度控制尺定位，可精确控制反射镜旋转角度并可在实时进行调节。本发明不需外界辅助装置，结构紧凑、操作简单。

Description

发动机缸内近壁流场的测试装置
技术领域
本发明属于发动机测试技术领域，具体涉及到发动机缸内流场的测试装置。
背景技术
在发动机缸内燃烧分析实验中，传统的介入式测量方法对缸内的流场会产生干扰，在时空分辨率方面也受到较大的限制。二十世纪七十年开始，在可视化发动机实验平台上，光学诊断技术逐渐被应用于发动机缸内流动、混合气形成及燃烧的研究中。发动机可视化监测，一是通过采用石英玻璃缸套，二是通过在活塞顶部安装石英视窗的方法来实现。通过石英玻璃缸套、并在加长活塞的顶部开有视窗，可以直接观察到缸内不同水平横截面位置上的流动与燃烧情况。该结构将加长活塞中间挖空，在顶部安装玻璃视窗，将45度反射镜(支架)固定在发动机机体上并伸入加长活塞内部，通过反射镜将气缸横截面上动态的燃烧信息反射出来，并由相应的光学器件接收，从而完成对发动机缸内水平截面上流动燃烧的诊断研究实验。
上述方法结构简单对原机改动较小，但关键问题是：加长活塞顶部可视化窗口的大小要受活塞结构强度的制约，导致可视化窗口面积远小于气缸截面积。研究实验难以获取气缸水平截面上全部区域的信息，尤其难以获取到气缸近壁处的流场信息。
发明内容
本发明提供一种发动机缸内近壁流场的测试装置，以解决由于活塞顶视窗面积较小而导致缸内盲区流场难以获取的问题。
本发明的技术方案是：发动机缸内近壁流场的测试装置，包括缸盖、激光器、石英玻璃缸套、活塞顶盖板、加长活塞、加长机体、反射镜、光学相机、反射镜旋转架、反射镜支架、支撑柱、升降板、以及连接螺栓等。石英玻璃缸套内依次组装有活塞顶盖板、加长活塞、以及反射镜，石英玻璃缸套外部分别设有激光器和光学相机。反射镜支架安装在加长机体下底板的表面并伸入到加长活塞内，螺栓穿过旋转架背面的螺孔与反射镜支架轴连接，反射镜装在旋转架上，反射镜的角度可在-45°到+45°范围内自由调节。加长活塞的顶部开有视窗孔并设有止口，石英玻璃镶在该止口内构成玻璃视窗，玻璃视窗上顶面与加长活塞上顶面平齐，加长活塞与活塞顶盖板采用螺栓固定连接，反射镜通过活塞顶盖板的可视化窗口接收缸内流场信息。
通过激光器与反射镜角度的配合，近壁处流场信息通过加长活塞顶部的可视化窗口，被反射镜反射出来，并由相应的光学相机等器件接收。
本发明的特点以及与现有技术相比产生的有益效果是：(1)通过控制激光源与反射镜角度的配合，可以将光学拍摄区域扩展到缸内近壁处；(2)通过角度控制尺定位，精确控制反射镜旋转角度：(3)在实验过程中能够对反射镜角度进行实时调节；(4)不需外界辅助装置，结构紧凑、操作简单。
附图说明
图1是本发明气缸内外反射镜组件原理与结构图。
图2是本发明装置的原理与结构图。
图3是本发明反射镜支架背面的结构图。
具体实施方式
以下结合附图并通过实施例对本发明装置的原理和结构作进一步的说明。
发动机缸内近壁流场的测试装置，其结构组成是：石英玻璃缸套2内依次组装有活塞顶盖板3、加长活塞4、以及反射镜5，石英玻璃缸套外部分别设有激光器1和光学相机6，反射镜支架7安装在加长机体8下底板的表面并伸入到加长活塞内。螺栓9穿过旋转架10背面的螺孔与反射镜支架轴连接，反射镜装在旋转架上，反射镜的角度可在-45°到+45°范围内自由调节。加长活塞的顶部开有视窗孔4-1并设有止口4-2，石英玻璃镶在该止口内构成玻璃视窗。玻璃视窗上顶面与加长活塞上顶面平齐，加长活塞与活塞顶盖板采用螺栓固定连接，反射镜通过活塞顶盖板的可视化窗口接收缸内流场信息。
缸盖11由四根对称的支撑柱12支撑，支撑柱与加长机体连接，加长机体内设有升降板13，石英玻璃缸套下端固定在升降板的止口内；上端与缸盖下底面贴合。
活塞顶盖板中心镂空为上大下小的喇叭形窗口，喇叭形窗口下底面直径小于加长活塞顶部石英玻璃的直径，大于加长活塞顶视窗孔的直径，活塞顶盖板对石英玻璃压紧及固定。
反射镜支架的立面7-1厚度为4mm，高度为20mm，在受侧向力作用时最大侧向位移为0.5mm。立面上标有角度尺7-2，用于精确确定反射光路的角度。
反射镜(片)装在反射镜旋转架上。连接螺栓穿过反射镜支架的立面与旋转架的螺栓孔，螺栓与支架的立面间隙配合，并在反射镜支架立面之间设有垫片。当旋紧连接螺栓时，反射镜支架两个立面被夹紧，旋转架与螺栓之间为过渡配合，进而保证了旋转架可自由转动的同时又保持相对位置的固定。通过固定架侧板上的角度控制尺，可以在-45度到+45度之间调节旋转架及反射镜位置，从而精确控制反射镜反射光路的角度，并保持位置固定不变。加长活塞顶部的石英玻璃视窗拓展了光学测试实验可视化区域。
气缸中心区域流场可视化实验：当对气缸水平截面中心区域宏观主流场进行光学测试实验时，从环形石英玻璃缸套的侧面通过激光器打入水平激光片光源。计算拟拍摄气缸近壁区域和反射镜连线与垂直方向的角度α，从而确定反射镜旋转角度为θ＝90-2α，即反射镜与水平面角度为90-2α。将反射镜支架上的旋转架调节至所需要的角度，角度尺将精确控制反射镜的位置，从而将气缸中心区域主流场的信息完整反射出来，并由相应的光学相机等设备接收信号。

Claims (4)

1.发动机缸内近壁流场的测试装置，包括缸盖、激光器、石英玻璃缸套、活塞顶盖板、加长活塞、加长机体、反射镜、光学相机、反射镜旋转架、反射镜支架、支撑柱、升降板、连接螺栓，其特征是：石英玻璃缸套(2)内依次组装有活塞顶盖板(3)、加长活塞(4)、以及反射镜(5)，石英玻璃缸套外部分别设有激光器(1)和光学相机(6)，反射镜支架(7)安装在加长机体(8)下底板的表面并伸入到加长活塞内，螺栓(9)穿过旋转架(10)背面的螺孔与反射镜支架轴连接，反射镜装在旋转架上，反射镜的角度可在-45°到+45°范围内自由调节，加长活塞的顶部开有视窗孔(4-1)并设有止口(4-2)，石英玻璃镶在该止口内构成玻璃视窗，玻璃视窗上顶面与加长活塞上顶面平齐，加长活塞与活塞顶盖板采用螺栓固定连接，反射镜通过活塞顶盖板的可视化窗口接收缸内流场信息。
2.按照权利要求1所述的发动机缸内近壁流场的测试装置，其特征是：所述缸盖(11)由四根对称的支撑柱(12)支撑，支撑柱与所述加长机体连接，加长机体内设有升降板(13)，所述石英玻璃缸套下端固定在升降板的止口内；上端与缸盖下底面贴合。
3.按照权利要求1所述的发动机缸内近壁流场的测试装置，其特征是：活塞顶盖板中心镂空为上大下小的喇叭形窗口，喇叭形窗口下底面直径小于加长活塞顶部石英玻璃的直径，大于加长活塞顶视窗孔的直径，活塞顶盖板对石英玻璃压紧及固定。
4.按照权利要求1所述的发动机缸内近壁流场的测试装置，其特征是：反射镜支架立面(7-1)厚度为4mm，高度为20mm，在受侧向力作用时最大侧向位移为0.5mm，立面上标有角度尺(7-2)，用于精确确定反射光路的角度。
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