高焓瞬时流场光辐射多角度多波段的同时测量装置及方法与流程

本发明属于高超声速风洞试验，具体涉及一种高焓瞬时流场光辐射多角度多波段的同时测量装置及方法。

背景技术：

1、高焓膨胀风洞具有高焓值、高速度等典型特点，可使飞行器模型驻点温度达到数千甚至上万度，出现高温气体效应，导致模型激波层内气体介质发生离解、复合、电离等复杂的热化学反应过程，并伴随光辐射现象。高焓膨胀风洞的上述特点使其成为研究高温气体效应机理、大气再入飞行、深空探测等基础与应用科学问题的有力设备，对模型绕流场的光辐射开展精细化、多波段、多手段测量成为揭示气体介质离解、复合、电离等复杂过程、刻画飞行器目标特性、分析飞行器辐射热流的必要手段。现阶段，针对高焓膨胀风洞中飞行器模型绕流场的光辐射研究主要集中于光辐射对表面热流的影响上，测量手段也是采用接触式的光辐射热流传感器，相比之下，研究高温气体效应机理和飞行器目标特性则需要更加丰富多样的非接触式测量手段，包括辐射光谱、光辐射亮度等。然而，受限于运行原理，高焓膨胀风洞除了高焓值、高速度的优点之外，还有明显的瞬时性特征，其有效试验流场持续时间仅在数百ms~1ms之间，要想在同一车次试验中获得多波段、多类型的光辐射数据，需要对高焓膨胀风洞试验段的光学观测装置与测量方法进行特殊的设计，以满足多波段、多类型非接触式光辐射测量手段的同时测量。

2、当前，亟需发展一种高焓瞬时流场光辐射多角度多波段的同时测量装置及方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的一个技术问题是提供一种高焓瞬时流场光辐射多角度多波段的同时测量装置，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种高焓瞬时流场光辐射多角度多波段的同时测量方法。

2、本发明的高焓瞬时流场光辐射多角度多波段的同时测量装置，用于高焓膨胀风洞，高焓膨胀风洞的试验段的中心轴线上固定试验模型，试验段的左侧安装左观察窗体，试验段的右侧安装右观察窗体，所述的同时测量装置包括固定在左观察窗体的左侧测量装置，和固定在右观察窗体上、与左侧测量装置呈左右对称且结构相同的右侧测量装置；

3、左侧测量装置的左观察窗体主体上开有左观察窗口ⅰ、左观察窗口ⅱ、左观察窗口ⅲ、左观察窗口ⅳ和左观察窗口ⅴ；沿高焓膨胀风洞的自由来流方向，左观察窗口ⅰ、左观察窗口ⅱ和左观察窗口ⅲ依次顺序排列，其中，左观察窗口ⅰ、左观察窗口ⅱ的中心轴线均垂直于试验段的中心轴线，左观察窗口ⅲ的中心轴线与左观察窗口ⅱ中心轴线之间的夹角为15°；左观察窗口ⅳ和左观察窗口ⅴ以左观察窗口ⅱ为中心，上下对称分布，左观察窗口ⅳ和左观察窗口ⅴ的中心轴线与左观察窗口ⅱ的中心轴线之间的夹角均为15°；

4、右侧测量装置的右观察窗体主体上开有与左观察窗口ⅰ、左观察窗口ⅱ、左观察窗口ⅲ、左观察窗口ⅳ和左观察窗口ⅴ一一对应且呈左右对称的右观察窗口ⅰ、右观察窗口ⅱ、右观察窗口ⅲ、右观察窗口ⅳ和右观察窗口ⅴ；

5、对于中心轴线垂直于试验段的中心轴线的各观察窗口，安装直法兰；对于中心轴线具有15°夹角的各观察窗口，安装15°法兰；在各法兰上分别连接玻璃工装法兰，在玻璃工装法兰的内腔，通过玻璃压框压紧固定窗口玻璃；玻璃工装法兰上固定l型支板，l型支板的竖直板作为固定端固定在玻璃工装法兰上，l型支板的水平板上固定光谱仪或者相机。

6、本发明的高焓瞬时流场光辐射多角度多波段的同时测量方法，包括以下步骤：

7、s10.安装调整试验模型位置；

8、将试验模型安装在高焓膨胀风洞支撑机构上，试验模型位于风洞试验段中心轴线上；

9、对于左观察窗体，调整试验模型的前后位置，确保试验模型头部及试验模型头部前方的激波层流场位于观察窗口ⅰ的视场之内，试验模型主体及试验模型主体的绕流场同时位于观察窗口ⅱ、观察窗口ⅲ、观察窗口ⅳ和观察窗口ⅴ的视场之内；

10、由于右观察窗体与左观察窗体呈左右对称分布，不针对右观察窗体单独调整试验模型位置；

11、s20.布置光谱仪和相机；

12、根据测试要求，在各l型支板的水平板上固定不同波段的光谱仪或者相机，调整各光谱仪的视场，确保各光谱仪方便测量试验模型头部激波层流场的辐射光谱，调整各相机的视场，确保各相机方便拍摄试验模型主体及主体绕流场的辐射亮度图像；

13、s30.设置同步启动装置；

14、设置与高焓膨胀风洞控制系统相关联的同步启动装置，同步启动装置包括安装在试验模型头部的压力传感器、高焓膨胀风洞数据采集系统和多通道同步控制器；

15、s40.进行高焓瞬时流场光辐射多角度多波段的同时测量试验；

16、启动高焓膨胀风洞；当高焓膨胀风洞的高速自由来流到达试验模型头部时，压力传感器感知到瞬间上升的压力并将压力信号转换为电压信号；电压信号通过埋置于高焓膨胀风洞支撑机构中的信号线传输至高焓膨胀风洞数据采集系统；高焓膨胀风洞数据采集系统根据压力信号的上升沿产生5v的ttl电平，5v的ttl电平触发多通道同步控制器；多通道同步控制器输出多路5v的ttl电平触发信号，各路触发信号之间的同步精度在0.2ns以内；各路触发信号分别触发各光谱仪或者相机；各光谱仪或者相机启动并工作，在高焓膨胀风洞的有效试验流场持续时间内拍摄试验模型绕流场；

17、试验前，通过理论计算预估高焓膨胀风洞的高速自由来流到达试验模型头部之后的有效试验流场的建立时间及持续时间，据此设置各光谱仪或者相机的触发延迟和测量时长，保证各光谱仪或者相机在有效试验流场内完成测量；

18、s50.数据处理；

19、处理各光谱仪和相机获得的辐射光谱和辐射亮度图像，得到各角度和各波段下的高焓瞬时流场光辐射图谱，获取高焓瞬时流场光辐射数据。

20、本发明的高焓瞬时流场光辐射多角度多波段的同时测量装置具有固定在左观察窗体的左侧测量装置，和固定在右观察窗体上、与左侧测量装置呈左右对称且结构相同的右侧测量装置；每个测量装置包括5个不同测量位置和测量角度的观察窗口，各观察窗口上，安装不同波段的光谱仪或者相机，拍摄对应角度和波段下的高焓瞬时流场光辐射图谱。

21、本发明的高焓瞬时流场光辐射多角度多波段的同时测量方法以实时压力信号作为触发信号源，通过同步控制器触发多个光谱仪和相机同步工作，具有不依赖人工操作、反应速度快、同步误差小的特点。

22、本发明的高焓瞬时流场光辐射多角度多波段的同时测量方法适用于高焓瞬时流场辐射光谱、光辐射亮度的多角度、多波段同时测量，可针对单车次试验获取丰富的高焓瞬时流场光辐射数据，并保证试验数据的一致性，具有工程实用价值。

技术特征：

1.高焓瞬时流场光辐射多角度多波段的同时测量装置，所述的同时测量装置用于高焓膨胀风洞，高焓膨胀风洞的试验段（3）的中心轴线上固定试验模型（4），试验段（3）的左侧安装左观察窗体（1），试验段（3）的右侧安装右观察窗体（2），其特征在于，所述的同时测量装置包括固定在左观察窗体（1）的左侧测量装置，和固定在右观察窗体（2）上、与左侧测量装置呈左右对称且结构相同的右侧测量装置；

2.高焓瞬时流场光辐射多角度多波段的同时测量方法，其用于权利要求1所述的高焓瞬时流场光辐射多角度多波段的同时测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明属于高超声速风洞试验技术领域，公开了一种高焓瞬时流场光辐射多角度多波段的同时测量装置及方法。同时测量装置包括固定在左观察窗体的左侧测量装置，和固定在右观察窗体上、与左侧测量装置呈左右对称且结构相同的右侧测量装置；每个测量装置包括5个不同测量位置和测量角度的观察窗口，各观察窗口上，安装不同波段的光谱仪或者相机，拍摄对应角度和波段下的高焓瞬时流场光辐射图谱。同时测量方法包括安装调整试验模型的位置；布置光谱仪和相机；设置同步启动装置；进行高焓瞬时流场光辐射多角度多波段的同时测量试验；数据处理。同时测量装置及方法能够在单次试验中获取丰富的高焓瞬时流场光辐射数据，具有工程实用价值。技术研发人员：黄龙,屈涛,石安华,常雨,胡守超,支冬,李云飞受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/25