[發明專利]一種高焓激波風洞總溫測量方法有效

申請號：	202010838228.3	申請日：	2020-08-19
公開（公告）號：	CN112067241B	公開（公告）日：	2022-08-12
發明（設計）人：	盧洪波;陳星;江海南;文帥;林鍵;諶君謀	申請（專利權）人：	中國航天空氣動力技術研究院
主分類號：	G01M9/06	分類號：	G01M9/06
代理公司：	中國航天科技專利中心 11009	代理人：	程何
地址：	100074 ***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種激波風洞測量方法
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【說明書】：

一種高焓激波風洞總溫測量方法，屬于風洞試驗技術領域。本發明通過光致瞬態光柵光譜技術測得駐室氣體聲速，再根據高焓激波風洞駐室氣體壓力和化學平衡理論，利用數值迭代，計算出高焓激波風洞駐室氣體的溫度——即總溫。

技術領域

本發明涉及一種高焓激波風洞總溫測量方法，屬于風洞試驗技術領域。

背景技術

高焓激波風洞在高溫氣體效應和高馬赫數超燃沖壓發動機等方面研究得到了廣泛的應用，但受高溫氣體效應影響，即試驗空氣在被激波加熱過程所伴隨的分子振動激發、空氣離解、電離等物理化學現象導致試驗氣體的組分、熱力學參數發生較大變化，使其模擬參數難以準確確定，尤其是總溫只能通過間接手段估算。

目前，激波風洞模擬總溫獲取方法有兩種。一種是通過測量激波管沿程壁面壓力變化，獲得激波管內激波的運動速度，再結合激波管試驗氣體的初始狀態，根據激波動力學理論，間接計算出模擬總溫。由于激波在激波管內存在明顯的衰減，同時受壓力傳感器布置數量及激波管末端空間限制，這種基于激波速度推算總溫的方法存在較大誤差，而且不隨時間變化，無法反映膨脹波等干擾效應。另一方法是通過球頭熱流推算總溫，同樣也存在很大誤差，一方面是受高溫氣體效應影響，風洞來流空氣速度、壓力、溫度和組分均無法測量；另一方面是來流空氣經球頭弓形激波的加熱離解，產生輻射傳熱和表面催化效應，使得球頭熱流發生較大變化，使得球頭熱流標定法幾乎無法使用；此外，熱流傳感器本身的精度也不足。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種高焓激波風洞總溫測量方法，通過光致瞬態光柵光譜技術測得駐室氣體聲速，再根據高焓激波風洞駐室氣體壓力和化學平衡理論，利用數值迭代，計算出高焓激波風洞駐室氣體的溫度——即總溫。

本發明的技術解決方案是：一種高焓激波風洞總溫測量方法，包括如下步驟：

S1，根據高焓激波風洞運行參數，粗估高焓激波風洞的駐室環境，包括高焓激波風洞內待測氣體的組分、溫度和壓力范圍；

S2，由估算的高焓激波風洞駐室環境，確定示蹤氣體分子及其對應的激發和探測激光參數；

S3，基于光致光柵光譜理論，建立匹配的光致光柵光譜測量系統；

S4，利用預設測量環境，基于光致光柵光譜理論，開展標定試驗，獲取光致光柵光譜測量系統參數；

S5，基于光致光柵光譜測量系統，開展高焓激波風洞總溫測量試驗，測得其光柵散射信號的頻率f、以及高焓激波風洞駐室氣體壓力P_t；

S6，基于光致光柵光譜理論，計算高焓激波風洞駐室氣體的聲速a_t；

S7，根據化學平衡理論，獲得高焓激波風洞駐室氣體壓力P_t、聲速a_t與總溫T_t之間的關聯關系；

S8，通過數值迭代，獲得高焓激波風洞駐室氣體總溫T_t。

進一步地，所述待測氣體為激波加熱后的高溫高壓離解或電離空氣，示蹤氣體分子為一氧化氮，用于激發的脈沖激光中心波長為λ_pump＝226nm，用于探測的連續激光器中心波長為λ_probe＝670nm。