[發明專利]一種適用于風洞試驗段的大口徑紋影系統

在審

• 申請號: 201910407803.1
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110132524A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 朱濤;謝永軍;陳磊;趙衛;徐翔;徐崧博;李四新;王鵬;馬曉宇;任尚杰;許曉斌;屈恩世;章起華;胡永明;楊波;范孝華
• 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;中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

本發明涉及一種適用于風洞試驗段的大口徑紋影系統，解決了現有紋影觀測系統采用大窗口玻璃，導致系統靈敏度和背景照度均勻性下降以及高成本的問題。該系統包括光源系統、密封前觀察窗、準直主反射鏡、紋影系統、紋影主反射鏡、密封后觀察窗和成像系統；紋影系統包括依次設置的密封前紋影鏡筒、試驗艙、密封后紋影鏡筒；密封前觀察窗設置在密封前紋影鏡筒的側面，密封后觀察窗設置在密封后紋影鏡筒的側面；光源系統的光線穿過密封前觀察窗入射到準直主反射鏡，經過準直主反射鏡的光線經過密封前紋影鏡筒進入試驗艙，經過試驗艙氣流后通過密封后紋影鏡筒入射到紋影主反射鏡，紋影主反射鏡將光線反射，通過密封后觀察窗后入射到成像系統。

技術領域

本發明涉及氣動光學技術領域的紋影觀測系統，具體涉及一種適用于風洞試驗段的大口徑紋影系統。

背景技術

紋影觀測系統利用光在被測流場中折射率梯度正比于流場氣流密度的原理，將流場中密度梯度的變化轉變為記錄平面上相對光強的變化，使流場密度變化區域成為可觀察、可分辨的圖像，從而被記錄下來。在風洞試驗中，紋影系統廣泛用于顯示風洞模型流場結構，測試區域流場密度的變化特性，具有操作簡單和穩定性高等特點。

隨著現代高超聲速飛行器的發展，其尺寸越來越大，對紋影系統的流場顯示范圍要求也提高到Φ1m級水平。Φ1m級口徑的紋影系統，屬于超大型紋影系統。傳統紋影系統中，光線要穿過安裝在風洞試驗段壁上的兩塊窗口玻璃，窗口玻璃材料內部折射率梯度的不均勻性和面形上的加工缺陷都將以噪聲的形式出現在紋影圖像中，導致紋影系統靈敏度和背景照度均勻性下降。窗口玻璃越大，其折射率梯度均勻性以及面形加工質量就越難以保證。此外，窗口玻璃需承受風洞試驗時產生的載荷，使得玻璃口徑越大其厚度越大，而厚度越大的玻璃材料退火時間越長，安全風險越高。Φ1m級口徑以上紋影窗口玻璃材料生產和加工風險都很高，中國尚無滿足需求的產品。進口高性能高均勻性大口徑窗口玻璃價格十分昂貴，如果使用，承擔紋影系統建設1/3成本，成本巨大。因此，無論是大口徑紋影窗口玻璃材料的生產加工難度，還是價格成本都限制了大型紋影系統的發展。

發明內容

本發明的目的是解決現有紋影觀測系統采用大窗口玻璃，從而導致紋影系統靈敏度和背景照度均勻性下降以及高成本的問題，提供一種適用于風洞試驗段的大口徑紋影系統。該系統能夠避免使用大口徑窗口玻璃，減小因大口徑窗口玻璃材料不均勻性及加工缺陷導致的紋影系統靈敏度和背景照度均勻性下降的缺陷，大大的降低了紋影系統的建設成本，提升其安全可靠性。

本發明的技術方案是：

一種適用于風洞試驗段的大口徑紋影系統，包括光源系統、密封前觀察窗、準直主反射鏡、紋影系統、紋影主反射鏡、密封后觀察窗和成像系統；所述紋影系統包括依次設置的密封前紋影鏡筒、試驗艙、密封后紋影鏡筒；所述密封前觀察窗設置在密封前紋影鏡筒的側面，所述密封后觀察窗設置在密封后紋影鏡筒的側面；光源系統發出的光線穿過密封前觀察窗入射到準直主反射鏡，經過準直主反射鏡準直后的光線經過密封前紋影鏡筒進入試驗艙，經過試驗艙氣流后通過密封后紋影鏡筒入射到紋影主反射鏡，紋影主反射鏡將光線反射，通過密封后觀察窗后入射到成像系統。

進一步地，所述密封前觀察窗為小尺寸密封前觀察窗，其口徑小于有效流場顯示范圍的1/10。

進一步地，所述密封后觀察窗為小尺寸密封后觀察窗，其口徑小于有效流場顯示范圍的1/10。

進一步地，所述密封前紋影鏡筒和試驗艙通過密封波紋管連接，所述試驗艙和密封后紋影鏡筒通過密封波紋管連接。

進一步地，所述光源系統包括依次設置的超高亮度LED燈、聚光透鏡組、狹縫、第一平面反射鏡。

進一步地，所述聚光透鏡組光軸、狹縫中心，第一平面反射鏡中心同軸設置。

進一步地，所述狹縫為“口”字型狹縫。