CN116818263A - 在高温内流场中对辐射进行测量的直视性探针及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在高温内流场中对辐射进行测量的直视性探针及应用方法，包括：能伸入试验段，并与高温内流场的气流方向相配合的水冷支架；设置在水冷支架上，并与高温流场气流方向相配合的探头；其中，所述探头通过外壳和内壳限定得到水冷通道，所述水冷通道通过相配合的连接管路与外部供水模块连通；在内壳的中轴线上设置有贯穿式的观察孔；所述观察孔内设置有与光信号分析仪器连通的辐射测量模块。本发明提供一种在高温内流场中对辐射进行测量的直视性探针及应用方法，是将信号收集系统放入高温流场内部，从内部进行辐射探测，窗口直接对准设备流场出口，达到直接测量设备内部高温内流场辐射的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种风洞试验领域。更具体地说，本发明涉及一种在高温内流场中对辐射进行测量的直视性探针及应用方法。
背景技术
高温流场自发辐射与流场温度、组分密切相关，对流场辐射信号进行探测是进行流场诊断的一个重要手段。目前对高温流场辐射进行探测主要是通过在辐射流场外部架设探测设备的方法，从侧面收集流场辐射信号，而对于发动机、电弧加热器等高温内流场辐射则是通过在发动机或加热器压缩片壁面加工光学窗口进行探测。这种方法对高温内流场产生设备进行了改造，不利于设备稳定运行。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种在高温内流场中对辐射进行测量的直视性探针，包括：
能伸入试验段，并与高温内流场的气流方向相配合的水冷支架；
设置在水冷支架上，并与高温流场气流方向相配合的探头；
其中，所述探头通过外壳和内壳限定得到水冷通道，所述水冷通道通过相配合的连接管路与外部供水模块连通；
在内壳的中轴线上设置有贯穿式的观察孔；
所述观察孔内设置有与光信号分析仪器连通的辐射测量模块。
优选的是，所述辐射测量模块被配置为包括：
在内壳远离气流方向的一侧设置有与观察孔同心的安装槽；
设置在安装槽上的玻璃窗口；
与安装槽相配合以对玻璃窗口进行限定的光纤接头；
其中，所述光纤接头与玻璃窗口之间、玻璃窗口与安装槽侧壁之间分别设置有相配合的密封圈Ⅰ、密封圈Ⅱ。
优选的是，所述外壳在与高温内流场的气流方向相配合一侧，设置有与观察孔同心，且直径大于观察孔的防热头，所述防热头中心线上设置有直径为2mm的引光孔；
其中，所述防热头采用非烧蚀防热材料制备得到；
所述防热头与外壳采用紧装配连接，所述内壳与外壳通过焊接构成一体式结构。
优选的是，其中外壳可以根据需要改变成球头、锥头和平头以对比在超声速流动下不同形式激波层对流场辐射探测的影响。
优选的是，还包括对辐射测量模块引出端进行防护的后盖；
其中，所述后盖与探头采用固定机构连接成一体，所述后盖与水冷支撑采用螺纹连接；
所述后盖上设置有可供辐射测量模块引出端穿过的通孔，且所述通孔直径不小于9mm。
一种在高温内流场中对辐射进行测量的直视性探针的应用方法，其特征在于，包括：
将探针与水冷支架连接成一体，以得到能对辐射进行直视测量的探头；
在高温流场试验时，将探针推入至风洞中，并使探针的观察视场对准高温内流场出口，通过向水冷通道中通入3-3.5MPa的循环式高压冷却水控制探针温度；
在高温气流流过探针外表面时，流场辐射通过观察孔、观察窗口后进入光纤接头中的光纤上，进而通过光纤传输至光信号分析仪器中，完成进场流场中的辐射测量。
本发明至少包括以下有益效果：本发明的直视型光学探头则是将信号收集系统放入高温流场内部，从内部进行辐射探测，窗口直接对准设备流场出口，达到直接测量设备内部高温内流场辐射的目的。
进一步地，本发明的探头结合水冷模型，使探头可以多次重复使用或在高温内流场内长时间停留，待流场稳定后进行探测。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中，锥形结构探针的结构示意图；
图2为图1的截面结构示意图；
图3为图1中外壳的结构示意图；
图4为图1中内壳的截面示意图；
图5为图1的应用实例图；
图6本发明的另一个实施例中，平台形结构探针的结构示意图；
图7为图6的截面示意图；
图8本发明的另一个实施例中，球头形结构探针的结构示意图；
图9为图8的截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
在高温内流场中对辐射进行测量的直视性探针，如图1-4示出了一种锥形结构的探针，包括：
能伸入试验段，并与高温内流场的气流方向相配合的水冷支架1；
设置在水冷支架上，并与高温流场气流方向相配合的探头2；
其中，所述探头通过外壳3和内壳4限定得到水冷通道5，所述水冷通道通过相配合的连接管路6与外部供水模块连通；
在内壳的中轴线上设置有贯穿式的观察孔7；
所述观察孔内设置有与光信号分析仪器连通的辐射测量模块。
所述辐射测量模块被配置为包括：
在内壳远离气流方向的一侧设置有与观察孔同心的安装槽8，其内部设置有与光纤接头相配合的螺纹；
设置在安装槽上的玻璃窗口9(也称为光学窗口)，通过在内壳的中轴上安装光学窗口，再通过尾部的光纤接头10(光纤接头内部有对光学窗口进行限定的沉槽)对光信号进行传输，玻璃窗口根据目标辐射波段选择相应的材料进行加工或镀膜；
与安装槽相配合以对玻璃窗口进行限定的光纤接头，光纤接头根据使用的光纤加工为SMA或FC接头；
其中，所述光纤接头与玻璃窗口之间、玻璃窗口与安装槽侧壁之间分别设置有相配合的密封圈Ⅰ11、密封圈Ⅱ，中心线上的玻璃窗口通过两端的密封圈Ⅰ、密封圈Ⅱ完成密封，以防止高温气流流入对窗口产生破坏。
所述外壳在与高温内流场的气流方向相配合一侧，设置有与观察孔同心，且直径大于观察孔的防热头12，所述防热头中心线上设置有直径为2mm的引光孔，当然地外壳上设置有与防热头相配合的安装孔14；
其中，所述防热头采用非烧蚀防热材料制备得到，如耐高温陶瓷等；
在实际的操作中，所述防热头与外壳采用紧装配连接，所述内壳与外壳通过焊接构成一体式结构，头部焊缝通过耐高温陶瓷材料进行保护，外壳为空腔结构，通过焊接与内壳及水管进行连接，内壳为中通结构，中间尾部加工螺纹孔和密封圈安装槽，后部加工四个轴对称螺纹孔，光纤接头通过螺纹与内壳连接。
还包括对辐射测量模块引出端进行防护的后盖13；
其中，所述后盖与内壳采用固定机构(螺钉)连接成一体，所述后盖与水冷支撑采用螺纹连接；
所述后盖上设置有可供辐射测量模块引出端穿过的通孔，且所述通孔直径不小于9mm后，在实际的操作中后盖螺纹根据连接支架可进行不同尺寸设计。
进一步地，根据需要实际，该探头还可以设置在如图6-7的平头形结构，以及图8-9的球头形结构。
实施例2
如图5，将探针与水冷支架连接成一体，以得到能对辐射进行直视测量的探头；
在高温流场试验时，将探针推入至风洞中，并使探针的观察视场对准高温内流场15出口16，通过向水冷通道中通入3-3.5MPa的循环式高压冷却水控制探针温度；
在高温气流流过探针外表面时，流场辐射通过探针上的观察孔、观察窗口后进入光纤接头中的光纤17上，进而通过光纤传输至光信号分析仪器中，完成进场流场中的辐射测量。
以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (5)
1.一种在高温内流场中对辐射进行测量的直视性探针，其特征在于，包括：
能伸入试验段，并与高温内流场的气流方向相配合的水冷支架；
设置在水冷支架上，并与高温流场气流方向相配合的探头；
其中，所述探头通过外壳和内壳限定得到水冷通道，所述水冷通道通过相配合的连接管路与外部供水模块连通；
在内壳的中轴线上设置有贯穿式的观察孔；
所述观察孔内设置有与光信号分析仪器连通的辐射测量模块。
2.如权利要求1所述的在高温内流场中对辐射进行测量的直视性探针，其特征在于，所述辐射测量模块被配置为包括：
在内壳远离气流方向的一侧设置有与观察孔同心的安装槽；
设置在安装槽上的玻璃窗口；
与安装槽相配合以对玻璃窗口进行限定的光纤接头；
其中，所述光纤接头与玻璃窗口之间、玻璃窗口与安装槽侧壁之间分别设置有相配合的密封圈Ⅰ、密封圈Ⅱ。
3.如权利要求1所述的在高温内流场中对辐射进行测量的直视性探针，其特征在于，所述外壳在与高温内流场的气流方向相配合一侧，设置有与观察孔同心，且直径大于观察孔的防热头，所述防热头中心线上设置有直径为2mm的引光孔；
其中，所述防热头采用非烧蚀防热材料制备得到；
所述防热头与外壳采用紧装配连接，所述内壳与外壳通过焊接构成一体式结构。
4.如权利要求1所述的在高温内流场中对辐射进行测量的直视性探针，其特征在于，还包括对辐射测量模块引出端进行防护的后盖；
其中，所述后盖与探头采用固定机构连接成一体，所述后盖与水冷支撑采用螺纹连接；
所述后盖上设置有可供辐射测量模块引出端穿过的通孔，且所述通孔直径不小于9mm。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的在高温内流场中对辐射进行测量的直视性探针的应用方法，其特征在于，包括：
将探针与水冷支架连接成一体，以得到能对辐射进行直视测量的探头；
在高温流场试验时，将探针推入至风洞中，并使探针的观察视场对准高温内流场出口，通过向水冷通道中通入3-3.5MPa的循环式高压冷却水控制探针温度；
在高温气流流过探针外表面时，流场辐射通过观察孔、观察窗口后进入光纤接头中的光纤上，进而通过光纤传输至光信号分析仪器中，完成进场流场中的辐射测量。
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