CN108426695A - 一种高超声速三维激波结构观测方法 - Google Patents

一种高超声速三维激波结构观测方法 Download PDF

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Abstract

一种高超声速三维激波结构观测方法，涉及风洞流场显示领域；包括如下步骤：步骤(一)、制作观测模型，将观测模型水平放置在观测平台上；步骤(二)、在观测模型的上表面设置放电电极；步骤(三)、在放电电极的正上方设置点电极；在点电极与放电电极之间施加高压电流；实现点电极与放电电极之间的气体电离放电；步骤(四)、采用高频相机拍摄气体电离放电截面位置的图像，高频相机的镜头轴线垂直于气体电离放电的边界；本发明操作简单、观测光路布置灵活，对设备要求较低，是高超声速风洞中可以使用的一种流场显示方法。

Description

一种高超声速三维激波结构观测方法
技术领域
本发明涉及一种风洞流场显示领域，特别是一种高超声速三维激波结构观测方法。
背景技术
常规高超声速风洞试验中一般采用纹影法或阴影法进行模型周围流场激波结构的显示，但是纹影和阴影法均是基于气体的光学折射率是密度的函数，利用气体折射率变化引起的光线偏折原理进行显示，由于光学折射是一个路径的积分过程，采用阴影和纹影法获得的激波结构均是整个光学路径上激波结构的叠加，因此无法使用传统的纹影和阴影法进行三维激波结构的测量。聚焦纹影技术通过对测试区域的某个平面进行聚焦，将聚焦区域外流场模糊成背景，从而实现具有一定厚度聚焦平面的流场显示观测，但该技术的光学设备复杂，需要光源设备，观测截面方向单一(垂直于光轴)，且不能进行被模型遮挡区域激波结构的观测。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种高超声速三维激波结构观测方法，操作简单、观测光路布置灵活，对设备要求较低，是高超声速风洞中可以使用的一种流场显示方法。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种高超声速三维激波结构观测方法，包括如下步骤：
步骤(一)、制作观测模型，将观测模型水平放置在观测平台上；
步骤(二)、在观测模型的上表面设置放电电极；
步骤(三)、在放电电极的正上方设置点电极；在点电极与放电电极之间施加高压电流；实现点电极与放电电极之间的气体电离放电；
步骤(四)、采用高频相机拍摄气体电离放电截面位置的图像，高频相机的镜头轴线垂直于气体电离放电的边界。
在上述的一种高超声速三维激波结构观测方法，所述的步骤(一)中，观测模型为矩形板状结构，观测模型采用电绝缘材料，观测模型的外表面不反光。
在上述的一种高超声速三维激波结构观测方法，所述的步骤(二)中，放电电极为条状结构的线电极；放电电极的宽度小于5mm。
在上述的一种高超声速三维激波结构观测方法，所述的步骤(三)中，所述点电极为锥柱状结构，点电极直径小于5mm。
在上述的一种高超声速三维激波结构观测方法，所述的步骤(三)中，高压电流为直流电或交流电，电压大于1kV。
在上述的一种高超声速三维激波结构观测方法，所述的步骤(三)中，点电极与放电电极之间间距为30-200mm。
在上述的一种高超声速三维激波结构观测方法，所述的步骤(四)中，高频相机拍摄前，将高频相机进行对焦，使相机的拍摄焦点位于气体电离放电的边界的中心位置。
在上述的一种高超声速三维激波结构观测方法，所述的步骤(四)中，高频相机的曝光时间为0.01～10ms；频率为100～2000Hz。
在上述的一种高超声速三维激波结构观测方法，所述的步骤(四)中，点电极与放电电极之间的气体的来流静压小于2000Pa。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明通过调整放电电极的位置，可以实现对不同放电截面激波结构的观测；
(2)本发明实现了对被模型遮挡区域激波结构的观测；
(3)本发明基于气体放电发光强度与气体密度相关的原理，通过调整放电电极的位置，在不同的截面上实现气体放电，从而进行三维激波结构的分截面测量，然后通过不同截面上的激波位置与形态还原三维激波结构。该方法操作简单、观测光路布置灵活，对设备要求较低，是高超声速风洞中可以使用的一种流场显示方法。
附图说明
图1为本发明观测流程图；
图2为本发明测试系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为观测流程图，由图可知，一种高超声速三维激波结构观测方法，包括如下步骤：
如图2所示为测试系统原理图，如图所示，
步骤(一)、制作观测模型，将观测模型水平放置在观测平台上；观测模型为矩形板状结构，观测模型采用电绝缘材料，观测模型的外表面不反光。
步骤(二)、在观测模型的上表面设置放电电极；放电电极为条状结构的线电极；放电电极的宽度小于5mm。
步骤(三)、在放电电极的正上方设置点电极；点电极与放电电极之间间距为30-200mm；在点电极与放电电极之间施加高压电流；高压电流为直流电或交流电，电压大于1kV；实现点电极与放电电极之间的气体电离放电；点电极为锥柱状结构，点电极直径小于5mm。
步骤(四)、高频相机拍摄前，将高频相机进行对焦，使相机的拍摄焦点位于气体电离放电的边界的中心位置。采用高频相机拍摄气体电离放电截面位置的图像，高频相机的镜头轴线垂直于气体电离放电的边界。
其中，高频相机的曝光时间为0.01～10ms；频率为100～2000Hz。点电极与放电电极之间的气体的来流静压小于2000Pa。
本发明用于在高超声速风洞的试验段内安装观测模型，观测模型为电绝缘材料制成，在观测模型表面进行激波结构观测的位置布置放电电极，本发明中采用线电极；相对线电极，在距离观测模型一定距离(具体距离由来流条件和高压电参数决定，即要保证能够实现气体放电，又要保证点电极的存在不影响观测区域的流场)的位置布置点电极，风洞试验过程中在线电极与点电极上施加高压电，该高压电可以是直流电，也可以是交流电。合理布置相机拍摄光路，保证线电极与点电极组成的放电截面与相机镜头之间无遮挡。
一次风洞试验可以获得一个放电截面上的激波结构，调整放电电极的位置进行下一次风洞试验，可以获得第二个放电截面上的激波结构。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种高超声速三维激波结构观测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(一)、制作观测模型，将观测模型水平放置在观测平台上；
步骤(二)、在观测模型的上表面设置放电电极；
步骤(三)、在放电电极的正上方设置点电极；在点电极与放电电极之间施加高压电流；实现点电极与放电电极之间的气体电离放电；
步骤(四)、采用高频相机拍摄气体电离放电截面位置的图像，高频相机的镜头轴线垂直于气体电离放电的边界。
2.根据权利要求1所述的一种高超声速三维激波结构观测方法，其特征在于：所述的步骤(一)中，观测模型为矩形板状结构，观测模型采用电绝缘材料，观测模型的外表面不反光。
3.根据权利要求1所述的一种高超声速三维激波结构观测方法，其特征在于：所述的步骤(二)中，放电电极为条状结构的线电极；放电电极的宽度小于5mm。
4.根据权利要求1所述的一种高超声速三维激波结构观测方法，其特征在于：所述的步骤(三)中，所述点电极为锥柱状结构，点电极直径小于5mm。
5.根据权利要求4所述的一种高超声速三维激波结构观测方法，其特征在于：所述的步骤(三)中，高压电流为直流电或交流电，电压大于1kV。
6.根据权利要求5所述的一种高超声速三维激波结构观测方法，其特征在于：所述的步骤(三)中，点电极与放电电极之间间距为30-200mm。
7.根据权利要求1所述的一种高超声速三维激波结构观测方法，其特征在于：所述的步骤(四)中，高频相机拍摄前，将高频相机进行对焦，使相机的拍摄焦点位于气体电离放电的边界的中心位置。
8.根据权利要求7所述的一种高超声速三维激波结构观测方法，其特征在于：所述的步骤(四)中，高频相机的曝光时间为0.01～10ms；频率为100～2000Hz。
9.根据权利要求8所述的一种高超声速三维激波结构观测方法，其特征在于：所述的步骤(四)中，点电极与放电电极之间的气体的来流静压小于2000Pa。
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