[發明專利]測量高超聲速氣流參數的測量探頭、測量系統和方法

有效

• 申請號: 201610944086.2
• 申請日: 2016-10-26
• 公開（公告）號: CN106500951B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 周永剛;薛志亮;李培;施子福;周永青
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 徐敏

本發明公開了測量高超聲速氣流參數的測量探頭，包括滯止室，所述滯止室上設有進氣口和出氣口，還包括：測量光入射孔，開設在所述滯止室的側壁上；光纖準直器，安裝在所述測量光入射孔中用于導入來自測量系統的入射光；測量光出射孔，開設在所述滯止室的側壁上與所述測量光入射孔間隔布置；聚光透鏡，安裝在所述測量光出射孔中耦合出射光進入測量系統的光纖；第一反射鏡，安裝在所述滯止室的內側壁上，與所述測量光入射孔相對布置；本發明還公開了測量系統和方法；本發明的測量高超聲速氣流參數的測量探頭、測量系統和方法，相比于現有技術，可以實時獲得高超聲速氣流參數，測量精度更高；測量的溫度范圍更大；響應速度更快。

技術領域

本發明涉及氣流參數測量技術領域，特別涉及測量高超聲速氣流參數的測量探頭、測量系統和方法。

背景技術

為了在地面實現各種戰略、戰術導彈和航天飛行器的空氣動力試驗，研究導彈和飛行器在各種空域和速域條件、不同飛行姿態和各種干擾影響下的氣動特性和操控特性，高超聲速風洞試驗發揮著獨特且不能被其他手段完全替代的重要作用。

氣流總溫是高超聲速風洞試驗模擬能力的一個重要標志，又是確定其試驗氣流特性的一個基本參數，無論是為了校準試驗設備的性能，還是提供試驗數據，均需要進行氣流總溫測量。而對于燃燒加熱的高超聲速高溫風洞，風洞燃燒氣流O₂的含量與發動機燃燒密切相關，H₂O等含量涉及風洞燃氣對發動機燃燒的影響，故要實現來流總溫、氣體組分的同時測量。

氣流總溫是指氣流在絕熱滯止狀態下所能達到的溫度。實際測量過程中完全絕熱滯止是無法實現的，即使在不存在使用誤差的情況下，總溫探針的指示溫度也總是小于總溫而大于靜溫，目前國內外工程技術人員主要通過優化總溫探針的結構，使其指示溫度和總溫盡可能接近。

傳統的總溫接觸測量方法采用屏蔽式總溫探針，傳感器為熱電偶。在熱電偶的外端設計合理的測量室，實現氣流總溫的測量。K型鎳鉻-鎳硅總溫熱電偶可滿足1500K測量需求，鎢-錸熱電偶在短時間(0.5s量級)內測量最高溫度能達2100K，但在氧化性氣氛中因熱電偶材料氧化而難實現。

針對燃燒加熱的高超聲速高溫風洞氣流組分測量，主要采用取樣探針的方法，通過取樣探針抽取試驗氣流貯存于樣品采集罐，利用氣相色譜儀離線分析分別獲得樣品氣體中的O₂、CO₂、CO等。由于在取樣過程中流場狀態發生變化，水汽產生相變(凝結)，導致H₂O濃度測不準。采樣離線分析測量氣流組分的方法，實時性差，不能利用測量結果對燃燒做出及時的調整。

發明內容

本發明提供了測量高超聲速氣流參數的測量探頭，耐高溫，測量的實時性好，有效提高測量的準確性。

測量高超聲速氣流參數的測量探頭，包括滯止室，所述滯止室上設有進氣口和出氣口，還包括：

測量光入射孔，開設在所述滯止室的側壁上；

光纖準直器，安裝在所述測量光入射孔中用于導入來自測量系統的入射光；

測量光出射孔，開設在所述滯止室的側壁上與所述測量光入射孔間隔布置；

聚光透鏡，安裝在所述測量光出射孔中耦合出射光進入測量系統的光纖；

第一反射鏡，安裝在所述滯止室的內側壁上，與所述測量光入射孔相對布置，用于反射入射光至所述測量光出射孔。

為了進一步增加入射光在滯止室內的光程，優選的，還包括安裝在所述滯止室的內側壁上且與所述的第一反射鏡相對布置的第二反射鏡。測量激光在第一反射鏡與第二反射鏡之間多次反射以增加光程。

為了進一步提高光程，優選的，所述滯止室包括圓柱型的工作段以及與工作段連接的擴徑段，所述擴徑段的較小端口為所述進氣口、較大端口與所述工作段的一端面連通，所述工作段的另一端面設有端蓋；