CN109238632A - 一种流场显示装置及流场显示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种流场显示装置及方法。所述装置包括:电源、试验模型、试验舱、正电极、负电极和喷管,其中,所述电源的正极与所述正电极连接,所述电源的负极与所述负电极连接;所述正电极设置于所述试验模型的表面,所述负电极设置于所述试验模型的外侧;所述喷管设置于所述试验舱的开口一侧,以向所述试验舱提供气流;所述正电极和所述负电极的表面为同轴的圆筒形结构,且所述正电极和所述负电极的圆筒形结构的底面相互平行,所述负电极远离所述正电极的一端与地连接。本发明可以同时观测试验模型整个周向上的激波情况,极大的提高了试验效率;接地极将正极周向包覆,有效防止了意外放电的发生。
Description
技术领域
本发明涉及空气动力实验设备领域,特别是涉及一种流场显示装置及流场显示方法。
背景技术
常规高超声速风洞试验过程中,流场中气体密度随流场参数和测量位置以及时间而变化,利用气体折射率变化引起光线偏折的原理,常用阴影或纹影等方法显示流场。但是,在低密度流场中,由于平均密度很低,密度变化的绝对值太小,因此不能用光线偏折原理的光学方法显示流场。基于气体放电过程的辐射强度与气体密度相关,可采用气体放电方法显示流场。
基于辉光放电原理进行高超声速流场显示的方法主要有两种,
1、参照图1,示出了现有技术中一种辉光放电流场显示的示意图;如图1所示,接地电极位于流场外侧,其优点在于可以同时观察试验模型上下表面的激波情况,缺点是两电极需位于流场外侧,电极之间距离较远,需要较大的电压,对电源要求较高。
2、参照图2,示出了现有技术中一种辉光放电流场显示的示意图;如图2所示,接地电极镶嵌于试验模型表面,与图1方案相比,其优点在于电极之间距离近,所需电压低,可以用于喷口尺寸较大的风洞,但是每次试验仅能观察模型一个表面的激波情况,试验效率低,而且,由于电极需要嵌入到模型中,对电极和模型的加工精度要求高,当模型表面为非平面结构时仅能镶嵌线电极,流场显示效果差。
此外,上述两种观察方法均采用电极上下布置方式,仅能观测电极之间一个截面的激波情况,无法观测试验模型其他方向的激波。
发明内容
本发明实施例提供一种流场显示装置及流场显示方法,以解决现有技术中的流场显示试验的观察方法仅能观测电极之间一个截面的激波情况,无法观测试验模型其他方向的激波的问题。
为了解决上述技术问题,本发明是这样实现的:
第一方面,本发明实施例提供的一种流场显示装置,包括:电源、试验模型、试验舱、正电极、负电极和气体喷管,其中,所述电源的正极与所述正电极连接,所述电源的负极与所述负电极连接;所述正电极设置于所述试验模型的表面,所述负电极设置于所述试验模型的外侧;所述气体喷管设置于所述试验舱的开口一侧,以向所述试验舱提供气流;所述正电极和所述负电极的表面为同轴的圆筒形结构,且所述正电极和所述负电极的圆筒形结构的底面相互平行。
优选地,所述负电极的圆筒形结构的底面半径大于所述正电极的圆筒形结构的底面半径。
优选地,在所述试验模型为圆柱形结构时,所述正电极粘贴于所述圆柱形结构一端的底面。
优选地,在所述试验模型的部分区域为圆柱形结构时,所述正电极配合嵌套于所述圆柱形结构一端的圆形表面上。
优选地,在所述试验模型为非圆柱形结构时,所述正电极设置于所述试验模型后端的支杆上。
优选地,所述正电极采用铜、铝中的任一种材料制成。
优选地,所述负电极采用铜、铝中的任一种材料制成。
第二方面,本发明实施例还提供了一种流场显示方法,应用于上述任一项所述的流场显示装置,所述方法包括:将正电极安装于试验模型之上;将负电极安装于试验模型的外侧;其中,所述正电极和所述负电极的表面为同轴的圆筒形结构,所述正电极和所述负电极的圆筒形结构的底面相互平行,且所述负电极的圆筒形结构的底面半径大于所述正电极的圆筒形结构的底面半径;将所述电源的正极与所述正电极连接,将所述电源的负极与所述负电极连接,并将所述负电极接地;启动所述电源;调节所述电源的电压,并观察辉光放电效果;启动流场,记录在所述试验模型各方向上的激波数据;所述激波数据包括激波的参数和延长线;依据所述参数和所述延长线,确定所述试验模型的流场参数。
本发明实施例中,通过增加正电极和负电极的正对区域,可以同时观测试验模型整个周向上的激波情况,极大的提高了试验效率,并且,本发明实施例可以适用于前端比较复杂的模型,可以将正极镶嵌于模型中后端或尾端,也可以安装在模型尾端之外,电极安装灵活;试验舱中金属部件多,容易产生意外放电,此方法中接地极将正极周向包覆,有效防止了意外放电的发生。
附图说明
图1是现有技术中的一种辉光放电流场显示的示意图;
图2是现有技术中的一种辉光放电流场显示的示意图;
图3是本发明实施例提供的一种流场显示装置的结构示意图;
图4是本发明实施例提供的一种电极安装方式的示意图;
图5是本发明实施例提供的一种电极安装方式的示意图;
图6是本发明实施例提供的一种激波周向分布的示意图;
图7是本发明实施例提供的一种激波周向分布的示意图;
图8是本发明实施例提供的一种激波周向分布的示意图;及
图9是本发明实施例提供的一种流场显示方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
参照图3,示出了本发明实施例提供的一种流场显示装置的结构示意图,如图1所示,流场显示装置可以包括电源1、试验模型2、试验舱3、正电极4、负电极5和气体喷管6。
电源1的正极可以与正电极4连接,电源1的负极可以与负电极5连接,以为正电极4和负电极5提供电能。
在具体实现中,电源1优选为高压直流电源,如100KV高压直流电源等,本发明实施例对此不加以限制。
正电极4可以设置于试验模型2的表面,负电极5可以设置于试验模型2的外侧。
气体喷管6可以设置于试验舱3的开口一侧,以向试验舱3提供气流(图3中所示箭头即为气流方向)。
正电极4和负电极5的表面为同轴的圆筒形结构,且正电极4和负电极5的圆筒形结构的底面相互平行,负电极5远离正电极4的一端与地连接。
通过本发明实施例提供的流场显示装置,可以增加流场显示装置中正电极和负电极之间的正对面积,从而可以同时观测试验模型整个周向上的激波情况,极大的提高了试验效率。
在本发明实施例的一种优选实施例中,负电极5的圆筒形结构的底面半径大于正电极4的圆筒形结构的底面半径。
在本发明实施例中,通过设置负电极5的圆筒形结构的地面半径大于正电极4的圆筒形结构的地面半径,从而可以使负电极5可以周向包覆正电极4,从而避免了由于试验舱金属部件较多而产生的意外放电。
在具体实现中,正电极4与试验模型2的安装方式可以有不同的方式,具体地,结合说明书附图进行如下描述。
在本发明实施例的一种优选实施例中,在试验模型2为圆柱形结构时,正电极4粘贴于圆柱形结构一端的底面。
在本发明实施例中的另一种优选实施例中,在试验模型2的部分区域为圆柱形结构时,正电极4可以配合嵌套于圆柱形结构一端的圆形表面上。
在本发明中,模型和模型支杆可以是采用绝缘材料加工制成的,如聚四氟乙烯等材料,本发明实施例对此不加以限制。
参照图4,示出了本发明实施例提供的一种电极安装方式的示意图。
如图4所示,在试验模型2的部分区域为圆柱形结构时,正电极4可以直接设置于试验模型2圆柱部分的外表面,具体地设置方式可以为:正电极4通过粘贴或配合的方式套入到试验模型2上,此时,正电极4即为试验模型2的一部分,正电极4的外表面加工除了满足放电要求外,同时需要满足试验模型2外轮廓尺寸及精度要求。而由于放电区域仅处于正电极4长度范围内,这种正电极4的安装方式能观测试验模型2前端和正电极4长度范围内的激波情况。
在本发明实施例的另一优选实施例中,在试验模型2为非圆柱形结构时,正电极4可以设置于试验模型4后端的支杆上。
参照图5,示出了本发明实施例提供的一种电极安装方式的示意图,如图5所示,当试验模型2为非圆柱形结构的其他形状结构时,圆柱形正电极4通过粘贴或镶嵌等固定连接方式安装在模型支杆的外表面,模型支杆为夹套中空结构,电源1与正电极4的连接线通过模型支杆的中间空隙引出流场区域并与电源1连接;正电极4安装完毕后,模型支杆再与试验模型2连接,在正电极4安装于圆形模型上时,正电极4的导线可以同样从模型支杆的中间间隙引出。为了防止电极因长时间放电产生热变形从而影响辉光放电效果,模型支杆的夹套中可充入循环冷却水以保证正电极4始保持恒定温度。
在本发明实施例的另一优选实施例中,正电极4可以采用铜、铝中的任一种材料制成。
在本发明实施例的另一优选实施例中,负电极5可以采用铜、铝中的任一种材料制成。
在本发明实施例中,正电极4和负电极5均是可以采用铜、铝等材质中的任一种制成的,而对于正电极4和负电极5的制成材质可以根据具体地试验场景进行设定,本发明实施例对此不加以具体限制。
而对于上述流场显示装置在试验过程中的激波情况结合说明书附图进行如下描述。
参照图6、7和8,示出了本发明实施例提供的一种激波周向分布的示意图。如图6、7和8所示,在进行试验时,气流通过试验模型2后产生激波,当试验模型2表面结构较为复杂时,激波沿试验模型2周向分布,正电极4和负电极5之间的辉光放电区域会显示各个方向激波的信息,辉光放电区域的厚度取决于正负电极的重叠宽度,由于本发明实施例提供的正负电极为同轴圆筒形结构,从而可以增加辉光放电区域的厚度,进而可以从多个角度观测这些激波的信息,即可在一次试验过程中获得整个试验模型2的流场参数。
综上可知,本发明实施例提供的流场显示装置具有以下有益效果:通过增加正电极和负电极的正对区域,可以同时观测试验模型整个周向上的激波情况,极大的提高了试验效率,并且,本发明实施例可以适用于前端比较复杂的模型,可以将正极镶嵌于模型中后端或尾端,也可以安装在模型尾端之外,电极安装灵活;试验舱中金属部件多,容易产生意外放电,此方法中接地极将正极周向包覆,有效防止了意外放电的发生。
实施例二
参照图9,示出了本发明实施例提供的一种流场显示方法的步骤流程图,具体可以包括如下步骤:
步骤101:将正电极安装于试验模型之上。
本发明实施例可以应用于在高超声速风洞试验过程中,对试验模型周向的激波进行观测的场景中。
在进行试验时,可以先将正电极安装于试验模型之上,具体地,正电极可以直接安装在试验模型上,也可以安装在试验模型之外,安装位置取决于模型的外形和需要观测的位置,本领域技术人员可以根据实际需求选择正电极的安装位置,本发明实施例对此不加以具体限制。
在将正电极安装于试验模型之上后,执行步骤102。
步骤102:将负电极安装于试验模型的外侧。
负电极可以安装于试验舱的外侧,且正电极和负电极的表面为同轴的圆筒形结构,正电极和负电极的圆筒形结构的底面相互平行,且负电极的圆筒形结构的底面半径大于正电极的圆筒形结构的底面半径。
从而可以在试验过程中,在正电极和负电极的正对区域内产生辉光放电显示效果。
并且,由于负电极的圆筒形结构的底面半径大于正电极的圆筒形结构的底面半径,从而可以使负电极可以周向包覆正电极,从而避免了由于试验舱金属部件较多而产生的意外放电。
步骤103:将所述电源的正极与所述正电极连接,将所述电源的负极与所述负电极连接,并将所述负电极接地。
在将正负电极安装完成之后,可以将电源的正极与正电极连接,并将电源的负极与负电极连接,并将负电极与地连接,进而执行步骤104。
步骤104:启动所述电源。
在电源与正负电极连接完成之后,可以启动电源。
步骤105:调节所述电源的电压,并观察辉光放电效果。
通过调节电源的电压,可以观察到在正负电极正对的重叠区域内观察到不同的辉光放电效果。
步骤106:启动流场,记录在所述试验模型各方向上的激波数据;所述激波数据包括激波的参数和延长线。
步骤107:依据所述参数和所述延长线,确定所述试验模型的流场参数。
进而,启动流场,记录在试验模型外的各方向上的激波数据,激波数据可以包括激波的参数和激波的延长线,并依据激波的参数和延长线分析试验模型的流场参数。从而达到获得整个试验模型的流场参数的目的。
本发明实施例提供的流场显示方法,通过将正电极安装于试验模型之上,将负电极安装于试验舱的外侧,其中,正电极和负电极的表面为同轴的圆筒形结构,正电极和负电极的圆筒形结构的底面相互平行,且负电极的圆筒形结构的底面半径大于正电极的圆筒形结构的底面半径;将电源的正极与正电极连接,将电源的负极与负电极连接,并将负电极接地;启动电源;调节所述电源的电压,并观察辉光放电效果;启动流场,记录在试验模型各方向上的激波数据;激波数据包括激波的参数和延长线;依据参数和延长线,确定试验模型的流场参数。本发明实施例通过增加正电极和负电极的正对区域,可以同时观测试验模型整个周向上的激波情况,极大的提高了试验效率,并且,本发明实施例可以适用于前端比较复杂的模型,可以将正极镶嵌于模型中后端或尾端,也可以安装在模型尾端之外,电极安装灵活;试验舱中金属部件多,容易产生意外放电,此方法中接地极将正极周向包覆,有效防止了意外放电的发生。
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中,包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机,计算机,服务器,空调器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,均属于本发明的保护之内。
Claims (8)
1.一种流场显示装置,其特征在于,包括:电源、试验模型、试验舱、正电极、负电极和气体喷管,其中,
所述电源的正极与所述正电极连接,所述电源的负极与所述负电极连接;所述正电极设置于所述试验模型的表面,所述负电极设置于所述试验模型的外侧;所述气体喷管设置于所述试验舱的开口一侧,以向所述试验舱提供气流;
所述正电极和所述负电极的表面为同轴的圆筒形结构,且所述正电极和所述负电极的圆筒形结构的底面相互平行。
2.根据权利要求1所述的流场显示装置,其特征在于,所述负电极的圆筒形结构的底面半径大于所述正电极的圆筒形结构的底面半径。
3.根据权利要求1所述的流场显示装置,其特征在于,在所述试验模型为圆柱形结构时,所述正电极粘贴于所述圆柱形结构的表面。
4.根据权利要求1所述的流场显示装置,其特征在于,在所述试验模型的部分区域为圆柱形结构时,所述正电极配合嵌套于所述圆柱形结构一端的圆形表面上。
5.根据权利要求1所述的流场显示装置,其特征在于,在所述试验模型为非圆柱形结构时,所述正电极设置于所述试验模型后端的支杆上。
6.根据权利要求1所述的流场显示装置,其特征在于,所述正电极采用铜、铝中的任一种材料制成。
7.根据权利要求1所述的流场显示装置,其特征在于,所述负电极采用铜、铝中的任一种材料制成。
8.一种流场显示方法,应用于权利要求1-7中任一项所述的流场显示装置,其特征在于,所述方法包括:
将正电极安装于试验模型之上;
将负电极安装于试验模型的外侧;其中,所述正电极和所述负电极的表面为同轴的圆筒形结构,所述正电极和所述负电极的圆筒形结构的底面相互平行,且所述负电极的圆筒形结构的底面半径大于所述正电极的圆筒形结构的底面半径;
将所述电源的正极与所述正电极连接,将所述电源的负极与所述负电极连接,并将所述负电极接地;
启动所述电源;
调节所述电源的电压,并观察辉光放电效果;
启动流场,记录在所述试验模型各方向上的激波数据;所述激波数据包括激波的参数和延长线;
依据所述参数和所述延长线,确定所述试验模型的流场参数。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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