CN111024360A - 一种判断进气道起动状态的空间丝线流动显示方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高速飞行器技术领域,公开了一种判断进气道起动状态的空间丝线流动显示方法及系统,在进气道起动试验时采用空间丝线流动显示方法,在进气道模型隔离段内通道植入空间丝线,试验中通过高速相机拍摄空间丝线的动作图像,根据图像中空间丝线的展向图像获得进气道模型隔离段内部流场的流向、结构及动态效应,简单、经济、快速、准确地判定进气道的起动状态,为流动分析、进气道设计及流动计算提供可靠的试验依据。
Description
技术领域
本发明涉及高速飞行器技术领域,具体涉及一种判断进气道起动状态的空间丝线流动显示方法及系统。
背景技术
进气道是吸气式超燃冲压发动机的重要部件,承担为发动机捕获来流、减速增压的任务,其性能将直接影响推进系统的工作特性。进气道稳定的起动是推进系统能够正常工作的前提,不起动的进气道将导致燃烧室无法正常工作,从而导致推进系统无法产生足够的动力,飞行器难以保持稳定的飞行状态。因此,起动性能是进气道的关键气动性能之一,对实现吸气式高速飞行具有重要意义。
开展进气道起动性能试验研究时,通常采用压力传感器、热流传感器以及各种流场显示技术获得的试验结果来判断进气道的起动性能,包括壁面丝线显示技术、油流技术等。在激波风洞中进行进气道起动性能试验时,由于存在风洞试验时间短、来流密度低、总温高的特点,受传感器频率响应、量程、联校、光学可视化系统灵敏度及高温流场自发光的影响,无法通过这些常规的测试技术获得有价值的用于迅速判断进气道起动状态的试验数据,且现有的油流技术和壁面丝线显示技术无法对进气道模型隔离段空间的流场结构进行显示。
发明内容
基于以上问题,本发明提供一种判断进气道起动状态的空间丝线流动显示方法及系统,在进气道起动试验时采用空间丝线流动显示方法,在进气道模型隔离段内通道植入空间丝线,试验中通过高速相机拍摄空间丝线的动作图像,根据图像中空间丝线的展向图像获得进气道模型隔离段内部流场的流向、结构及动态效应,简单、经济、快速、准确地判定进气道的起动状态,为流动分析、进气道设计及流动计算提供可靠的试验依据。
为解决以上技术问题,本发明提供了一种判断进气道起动状态的空间丝线流动显示方法,在进气道模型隔离段内通道植入空间丝线,通过高速相机拍摄空间丝线的动作图像,依据图像中空间丝线的运动获得进气道模型隔离段的空间流场结构,根据空间流场结构判断进气道的起动状态。
进一步地,依据投影图像中丝线的运动状态获得进气道模型隔离段内空间流场结构,根据空间流场结构判断进气道的起动状态;空间丝线动作历程的高速拍摄结果中,若进气道模型隔离段内通道空间丝线没有扰动,表示进气道模型起动试验中风洞流场建立前的状态;若进气道模型隔离段内通道空间丝线展向与风洞来流方向相反,表示进气道模型隔离段内通道产生倒流,进气道处于不起动状态;若进气道模型隔离段内通道空间丝线展向与当地流动方向完全一致,表示进气道处于起动状态。
进一步地,空间丝线材质为深色芳纶长丝阻燃缝纫线;空间丝线两根为一组,每一组丝线都位于进气道模型隔离段内通道的半高度位置。
进一步地,空间丝线通过固定线安装于进气道模型隔离段内,固定线为304不锈钢硬钢丝,直径Φ0.1mm,间距25~30mm;空间丝线缠绕在丝线固定线上,空间丝线的长度小于固定线间距且不超过进气道模型隔离段的半高度。
进一步地,在进气道模型隔离段上下壁面沿风洞喷管轴线截面上的同一位置加工Φ0.5mm的穿线孔,穿线孔轴线与内流道上下壁面垂直;在穿线孔之间穿入固定线,固定线的首尾两端缠绕在螺钉上,螺钉旋紧在进气道隔离段上下壁面的固定螺钉孔内,固定螺钉孔在隔离段上下壁面为盲孔,不与内流道相通,固定线通过螺钉旋紧拉直。
进一步地,风洞来流条件:马赫数M10,总温4000K。
进一步地,采用阴影仪系统作为进气道模型的投影照明系统,通过高速摄像机将空间丝线在进气道起动试验中动作历程的投影图像成像记录到摄像机CCD上,然后经网络传输至计算机进行存储分析;阴影仪系统的光源是LED光源,高速相机的拍摄帧频为30000fps,曝光时间为0.35μs。
为解决上述技术问题,本发明还提供了一种判断进气道起动状态的空间丝线流动显示系统,包括风洞试验段和与风洞试验段同轴连接的喷管,风洞试验段上设置有两个透明材质的观察窗,两个风洞观察窗分别对向设置于风洞试验段端部靠近喷管出口位置;风洞试验段内设置有模型支座,模型支座位于风洞试验段的中轴线上,模型支座上安装有进气道模型总成,进气道模型总成上安装有用于反映进气道流场的空间丝线,进气道模型总成位于两个观察窗的中心连线的中间位置;风洞试验段外侧设置有LED光源、第一纹影反射镜、第二纹影反射镜和高速摄像机;第一纹影反射镜和第二纹影反射镜分别位于风洞试验段外两侧靠近观察窗的位置,第二纹影反射镜与第一纹影反射镜相向设置;LED光源与第一纹影反射镜位于同一侧,高速摄像机与第二纹影反射镜位于风洞试验段外同一侧;高速摄像机与计算机连接。
进一步地,进气道模型总成包括进气道模型隔离段下板和位于进气道模型隔离段下板正上方的进气道模型隔离段上板,进气道模型隔离段上板与进气道模型隔离段下板之间设置有多个竖直方向上的固定线,固定线沿进气道模型总成长度方向设置,空间丝线缠绕在丝线固定线上。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明在进气道起动试验时采用空间丝线流动显示方法,在进气道模型隔离段内通道植入空间丝线,试验中通过高速相机拍摄空间丝线的动作图像,根据图像中空间丝线的展向图像获得进气道模型隔离段内部流场的流向、结构及动态效应,简单、经济、快速、准确地判定进气道的起动状态,为流动分析、进气道设计及流动计算提供可靠的试验依据。
附图说明
图1为实施例1和实施例2中判断进气道起动状态的空间丝线流动显示系统结构示意图;
图2为实施例1和实施例2中进气道模型总成的结构示意图以及风洞流场建立前的空间丝线展向图;
图3为实施例1和实施例2中进气道模型隔离段内通道产生倒流,进气道处于不起动状态的空间丝线展向图;
图4为实施例1和实施例2中进气道处于起动状态的空间丝线展向图;
图5为实施例1和实施例2中进气道处于起动状态的空间丝线另一种展向图;
其中,1、第一纹影反射镜;2、LED光源;3、风洞试验段;4、模型支座;5、观察窗;6、进气道模型总成;7、空间丝线;8、平行光束;9、第二纹影反射镜;10、高速摄像机;11、计算机;12、喷管;13、固定线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1:
如图1-5所示,一种判断进气道起动状态的空间丝线流动显示方法,在进气道模型隔离段内通道植入空间丝线7,通过高速相机拍摄空间丝线7的动作图像,依据图像中空间丝线7的运动获得进气道模型隔离段的空间流场结构,根据空间流场结构判断进气道的起动状态。
本实施例中,空间丝线7动作历程的高速摄影试验拍摄结果示意图如图2-5所示,图中同时拍摄到了采用阴影照相技术和壁面丝线法所获得的进气道起动试验的流场试验结果。图2进气道模型隔离段内通道空间丝线7没有扰动,表示进气道模型起动试验中风洞流场建立前的状态;图3进气道模型隔离段内通道空间丝线7展向与风洞来流方向相反,表示进气道模型隔离段内通道产生倒流,进气道处于不起动状态;图4和图5,中进气道模型隔离段内通道空间丝线7展向与当地流动方向完全一致,表示进气道处于起动状态。这与采用阴影照相技术和壁面丝线法所拍摄到的试验结果是完全一致的。说明在激波进气道起动试验中,通过采用高速相机拍摄进气道模型隔离段内通道的空间丝线7动作投影图像可以准确地判断进气道的起动状态。
本实施例中为满足丝线跟随性好并且对流场干扰小的要求,空间丝线7材质为深色芳纶长丝阻燃缝纫线;空间丝线7两根为一组,每一组丝线都位于进气道模型隔离段内通道的半高度位置。空间丝线7通过固定线13安装于进气道模型隔离段内,固定线13为304不锈钢硬钢丝,直径Φ0.1mm,间距25~30mm;空间丝线7缠绕在丝线固定线13上,空间丝线7的长度小于固定线13间距且不超过进气道模型隔离段的半高度。在进气道模型隔离段上下壁面沿风洞喷管12轴线截面上的同一位置加工Φ0.5mm的穿线孔,穿线孔轴线与内流道上下壁面垂直;在穿线孔之间穿入固定线13,固定线13的首尾两端缠绕在螺钉上,螺钉旋紧在进气道隔离段上下壁面的固定螺钉孔内,固定螺钉孔在隔离段上下壁面为盲孔,不与内流道相通,固定线13通过螺钉旋紧拉直。
本实施例中风洞来流条件:马赫数M10,总温4000K;采用阴影仪系统作为进气道模型的投影照明系统,通过高速摄像机10将空间丝线7在进气道起动试验中动作历程的投影图像成像记录到摄像机CCD上,然后经网络传输至计算机11进行存储分析;阴影仪系统的光源是LED光源2,高速相机的拍摄帧频为30000fps,曝光时间为0.35μs。
实施例2:
参见图1-5,一种判断进气道起动状态的空间丝线流动显示系统,包括风洞试验段3和与风洞试验段3同轴连接的喷管12,风洞试验段3上设置有两个透明材质的观察窗5,两个风洞观察窗5分别对向设置于风洞试验段3端部靠近喷管12出口位置;风洞试验段3内设置有模型支座4,模型支座4位于风洞试验段3的中轴线上,模型支座4上安装有进气道模型总成6,进气道模型总成6上安装有用于反映进气道流场的空间丝线7,进气道模型总成6位于两个观察窗5的中心连线的中间位置;风洞试验段3外侧设置有LED光源2、第一纹影反射镜1、第二纹影反射镜9和高速摄像机10;第一纹影反射镜1和第二纹影反射镜9分别位于风洞试验段3外两侧靠近观察窗5的位置,第二纹影反射镜9与第一纹影反射镜1相向设置;LED光源2与第一纹影反射镜1位于同一侧,高速摄像机10与第二纹影反射镜9位于风洞试验段3外同一侧;高速摄像机10与计算机11连接。
在本实施例中,LED光源2发出的光经扩束后变成发散光束入射到第一纹影反射镜1的表面,从第一纹影反射镜1出射的平行光束8通过风洞第一个观察窗5进入风洞试验段3对进气道模型总成6上安装空间丝线7部分进行投影照明,经过安装有空间丝线7的进气道模型总成6的平行光束8从与风洞第一个观察窗5正对的第二观察窗5出射后射到第二纹影反射镜9的表面,经第二纹影反射镜9会聚后到达高速摄像机10的镜头上,通过对高速摄像机10进行调焦将安装空间丝线7的进气道模型总成6安装空间丝线7部分成像在高速摄像机10,高速摄像机10通过网络与计算机11相连,计算机11将采集到的图像进行存储和处理分析。本发明在进行进气道起动试验时采用空间丝线7流动显示方法,在进气道模型隔离段内通道植入空间丝线7,试验中通过高速相机拍摄空间丝线7的动作图像,根据图像中空间丝线7的展向获得进气道模型隔离段内部流场的流向、结构及动态效应,简单、经济、快速、准确地判定进气道的起动状态,为流动分析、进气道设计及流动计算提供可靠的试验依据。
本实施例中的进气道模型总成6包括进气道模型隔离段下板和位于进气道模型隔离段下板正上方的进气道模型隔离段上板,进气道模型隔离段上板与进气道模型隔离段下板之间设置有多个竖直方向上的固定线13,固定线13沿进气道模型总成6长度方向设置;空间丝线7缠绕在丝线固定线13上。本实施例中,固定线13为304不锈钢硬钢丝,直径为0.1mm;相邻固定线13间距25~30mm;空间丝线7材质为芳纶长丝阻燃缝纫线,空间丝线7长度小于固定线13间距且不超过进气道模型隔离段的半高度,可防止试验过程中不同位置的丝线相互之间交织在一起及与进气道模型隔离段内通道壁面贴合在一起。
在进气道模型隔离段上板和进气道模型隔离段下板壁面沿喷管12轴线截面上相对应的位置分别设置有用于安装固定线13的穿线孔,穿线孔的直径为为0.5mm,穿线孔轴线与内流道上下壁面垂直;在穿线孔之间穿入固定线13,丝线固定线13的首尾两端缠绕在螺钉上,螺钉旋紧在进气道模型隔离段上下壁面的固定螺钉孔内,固定螺钉孔在隔离段上下壁面是盲孔即不与内流道相通,固定线13通过螺钉旋紧拉直;保证在隔离段内通道没有挠度;空间丝线7两根为一组,直接缠绕在固定线13上,每一组丝线都位于进气道模型隔离段内通道的半高度位置。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程,并非用以限制本发明的专利保护范围,本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准,凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化,同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种判断进气道起动状态的空间丝线流动显示方法,其特征在于:在进气道模型隔离段内通道植入空间丝线(7),通过高速相机拍摄空间丝线(7)的动作图像,依据图像中空间丝线(7)的运动获得进气道模型隔离段的空间流场结构,根据空间流场结构判断进气道的起动状态。
2.根据权利要求1所述的判断进气道起动状态的空间丝线流动显示方法,其特征在于:依据投影图像中丝线的运动状态获得进气道模型隔离段内空间流场结构,根据空间流场结构判断进气道的起动状态;空间丝线(7)动作历程的高速拍摄结果中,若进气道模型隔离段内通道空间丝线(7)没有扰动,表示进气道模型起动试验中风洞流场建立前的状态;若进气道模型隔离段内通道空间丝线(7)展向与风洞来流方向相反,表示进气道模型隔离段内通道产生倒流,进气道处于不起动状态;若进气道模型隔离段内通道空间丝线(7)展向与当地流动方向完全一致,表示进气道处于起动状态。
3.根据权利要求1所述的判断进气道起动状态的空间丝线流动显示方法,其特征在于:空间丝线(7)材质为深色芳纶长丝阻燃缝纫线;空间丝线(7)两根为一组,每一组丝线都位于进气道模型隔离段内通道的半高度位置。
4.根据权利要求3所述的判断进气道起动状态的空间丝线流动显示方法,其特征在于:空间丝线(7)通过固定线(13)安装于进气道模型隔离段内,所述固定线(13)为304不锈钢硬钢丝,直径Φ0.1mm,间距25~30mm;所述空间丝线(7)缠绕在丝线固定线(13)上,所述空间丝线(7)的长度小于固定线(13)间距且不超过进气道模型隔离段的半高度。
5.根据权利要求4所述的判断进气道起动状态的空间丝线流动显示方法,其特征在于:在进气道模型隔离段上下壁面沿风洞喷管(12)轴线截面上的同一位置加工Φ0.5mm的穿线孔,穿线孔轴线与内流道上下壁面垂直;在穿线孔之间穿入固定线(13),固定线(13)的首尾两端缠绕在螺钉上,螺钉旋紧在进气道隔离段上下壁面的固定螺钉孔内,固定螺钉孔在隔离段上下壁面为盲孔,不与内流道相通,固定线(13)通过螺钉旋紧拉直。
6.根据权利要求1所述的判断进气道起动状态的空间丝线流动显示方法,其特征在于:风洞来流条件:马赫数M10,总温4000K。
7.根据权利要求1所述的判断进气道起动状态的空间丝线流动显示方法,其特征在于:采用阴影仪系统作为进气道模型的投影照明系统,通过高速摄像机(10)将空间丝线(7)在进气道起动试验中动作历程的投影图像成像记录到摄像机CCD上,然后经网络传输至计算机(11)进行存储分析;阴影仪系统的光源是LED光源(2),高速相机的拍摄帧频为30000fps,曝光时间为0.35μs。
8.一种判断进气道起动状态的空间丝线流动显示系统,包括风洞试验段(3)和与风洞试验段(3)同轴连接的喷管(12),其特征在于:所述风洞试验段(3)上设置有两个透明材质的观察窗(5),两个所述风洞观察窗(5)分别对向设置于风洞试验段(3)端部靠近喷管(12)出口位置;所述风洞试验段(3)内设置有模型支座(4),所述模型支座(4)位于风洞试验段(3)的中轴线上,所述模型支座(4)上安装有进气道模型总成(6),所述进气道模型总成(6)上安装有用于反映进气道流场的空间丝线(7),所述进气道模型总成(6)位于两个观察窗(5)的中心连线的中间位置;所述风洞试验段(3)外侧设置有LED光源(2)、第一纹影反射镜(1)、第二纹影反射镜(9)和高速摄像机(10);所述第一纹影反射镜(1)和第二纹影反射镜(9)分别位于风洞试验段(3)外两侧靠近观察窗(5)的位置,第二纹影反射镜(9)与第一纹影反射镜(1)相向设置;所述LED光源(2)与第一纹影反射镜(1)位于同一侧,所述高速摄像机(10)与所述第二纹影反射镜(9)位于风洞试验段(3)外同一侧;高速摄像机(10)与计算机(11)连接。
9.根据权利要求8所述的判断进气道起动状态的空间丝线流动显示系统,其特征在于:所述进气道模型总成(6)包括进气道模型隔离段下板和位于进气道模型隔离段下板正上方的进气道模型隔离段上板,所述进气道模型隔离段上板与进气道模型隔离段下板之间设置有多个竖直方向上的固定线(13),所述固定线(13)沿进气道模型总成(6)长度方向设置,所述空间丝线(7)缠绕在丝线固定线(13)上。
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