[發明專利]一種風洞雙光程紋影流場顯示裝置

在審

• 申請號: 201810132214.2
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108168835A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 李明;石義雷;祝智偉
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心超高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 劉瑞東

本發明屬于風洞試驗裝置技術領域，具體涉及一種風洞雙光程紋影流場顯示裝置，包括光纖耦合LED彩色光源、聚光鏡組、分光鏡、平面反射鏡、光學窗口、風洞試驗模型、球面反射鏡、風洞試驗段、刀口、成像物鏡和照相機；風洞試驗段是一個真空密封艙，試驗模型和球面反射鏡依次置于風洞試驗段內。本發明風洞雙光程紋影流場顯示裝置結構簡單、成本低、流場顯示效果好、操作方便。解決了近連續流到稀薄過渡流(對應流場靜壓為100Pa?20Pa左右、對應試驗馬赫數為M8?M12左右)常規紋影與輝光放電裝置不能解決的流場顯示問題。解決了40多年時間內一直沒有很好解決的問題，即雙光程紋影流場顯示裝置容易產生流場圖像重影問題。

技術領域

本發明屬于風洞試驗裝置技術領域，具體涉及一種風洞雙光程紋影流場顯示裝置。

背景技術

在地面試驗中，盡管流場診斷技術發展很快，但至今還沒有任何一種技術能滿足從海平面到100km模擬高度變化時高超聲速流場定性顯示與定量測量的需要。對高超聲速流場，當模擬高度從海平面升高到40多km時，這時流場密度及流場靜壓相對較大(大于100Pa)，一般采用常規紋影(光束只通過試驗流場一次，有時也稱為單光程紋影)顯示技術，可以獲得滿意的流場圖像。當模擬高度從50多km升高到100多km時，這時流場密度及流場靜壓相對較小(小于20Pa左右)，可通過電子束、激光誘導熒光、激光雷利散射和喇曼散射，對流場進行定性顯示，對試驗流場氣體的數密度、溫度等進行定量測量，但系統復雜，成本高。基于分子激發的風洞流場顯示，也被稱作輝光放電流場顯示，可用于模擬高度從50多km到100km時流場的定性顯示。

但在模擬高度40多km到50多km這段區間(對應流場靜壓為100Pa-20Pa左右、對應試驗馬赫數為M8-M12左右)，當采用常規紋影系統時，流場壓力偏低；當采用輝光放電裝置時，流場壓力又偏高。同時，在高超聲速流場條件下，為了提高單光程紋影顯示的靈敏度，刀口切割量很小，又會導致單光程紋影流場圖像衍射效果明顯，紋影背景斑點增大。

發明內容

本發明目的是提供一種在模擬高度40多km到50多km這段區間時的流場定性顯示裝置。

為達到上述目的，本發明提供一種風洞雙光程紋影流場顯示裝置，包括光纖耦合LED彩色光源、聚光鏡組、分光鏡、平面反射鏡、光學窗口、風洞試驗模型、球面反射鏡、風洞試驗段、刀口、成像物鏡和照相機；

風洞試驗段是一個真空密封艙，試驗模型和球面反射鏡依次置于風洞試驗段內；

其中，光纖耦合LED彩色光源、聚光鏡組、分光鏡和平面反射鏡依次按順序擺放，平面反射鏡、光學窗口、風洞試驗模型、球面反射鏡依次按順序擺放，分光鏡、刀口、成像物鏡和照相機依次按順序擺放；

光纖耦合LED彩色光源產生紅色、綠色、黃色與藍色四種顏色的彩色光，彩色光透過聚光鏡組；

聚光鏡組所在的位置是將光纖耦合LED彩色光源輸出的彩色光匯聚到球面反射鏡的球心上，聚光鏡組將彩色光透過分光鏡；

分光鏡將接收到的彩色光進行均勻分光，并將一半彩色光照射到平面反射鏡；

平面反射鏡將經過分光鏡透射的彩色光，進行45°轉向，投射到光學窗口上；

光學窗口透射彩色光，對風洞試驗模型流場進行照明，并對風洞試驗段進行密封；

彩色光對風洞試驗模型流場進行照明后經過球面反射鏡反射，再次通過風洞試驗模型流場、光學窗口、平面反射鏡，并經過分光鏡反射匯聚到刀口上；

刀口位于球面反射鏡的球心處，球面反射鏡反射回來的彩色光，在刀口處形成彩色光源的四色圖像；刀口呈口字形，由兩組水平刀口和垂直刀口組成，水平刀口與垂直刀口不在同一平面內，水平刀口與垂直刀口分別切割彩色光源的四色圖像，產生紋影流場圖像；

成像物鏡鏡筒內壁發黑處理，成像物鏡對風洞試驗模型流場進行聚焦、放大、成清晰像；