用于测量高超声速风洞试验动态压力和空间流场的装置的制作方法

技术领域

本发明属于高超声速风洞模型试验设备技术领域，具体是一种用于同步测量高超声速风洞模型试验动态压力和空间流场的装置。

背景技术：

对于高超声速风洞，一般通过上游高压气体吹冲作用及下游真空容器抽吸作用来产生高超声速气流(Ma≥5)。由于诸多技术方面的原因，试验所要求的稳定高超声速流场无法长时间维持，因此，在高超声速流场建立时，同步完成多个物理变量的测量，能有效地缩短试验周期，提高了试验效率，节省大量的人力、物力、财力。并且，多个物理变量的同步测量，能有效地解决高超声速风洞试验中多个物理变量的时序对应问题，极大提高数据处理的效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种用于测量高超声速风洞试验动态压力和空间流场的装置，该装置能够同时测量高超声速风洞试验动态压力和空间流场，提升试验及数据处理效率，解决了多个物理变量的时序对应问题。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于测量高超声速风洞试验动态压力和空间流场的装置，包括PIV（Particle image velocimetry，粒子成像测速）系统、PSP（Pressure Sensitive Paint，压力敏感涂料）系统、动态压力传感器、同步器、动态采集系统；所述PIV系统包括PIV激光光源、CCD相机、粒子发生器、PIV片光光学组件以及数据处理工作站；所述PSP系统包括PSP激发光源、PSP采集相机、压力敏感涂料；所述压力敏感涂料喷涂在试验模型表面，所述动态压力传感器安装在试验模型内部；所述CCD相机、PSP采集相机和动态采集系统均与同步器连接。

进一步的，所述PSP激发光源、PSP采集相机均指向高速风洞驻室内的试验模型。

进一步的，所述PIV激光光源发射的光通过光学反射镜反射至PIV片光光学组件；高速风洞驻室侧壁开设有驻室纹影窗，所述CCD相机通过所述驻室纹影窗拍摄试验模型。

进一步的，所述PIV激光光源为双脉冲激光器。

进一步的，所述PSP激发光源为连续LED自发光紫光灯。

进一步的，所述PSP采集相机为高速相机。

进一步的，所述同步器为BNC（Bayonet Nut Connector，刺刀螺母连接器）同步器。

进一步的，所述PIV系统和所述PSP系统通过所述同步器同步触发，并通过所述动态采集系统采集触发信号。

本发明的用于测量高超声速风洞试验动态压力和空间流场的装置，工作原理如下：

待高超声速风洞建立起稳定的流场环境后，通过触发开关人为地向BNC同步器发送一个初始的触发信号，BNC同步器接收到信号后，同时激发出两个信号分别触发PIV系统对模型空间流场的测量以及PSP系统的采集相机记录模型表面压力敏感涂料的变化情况；同时，动态采集系统同步采集这两个信号，并通过埋设在模型内部的动态压力传感器，记录模型表面的动态压力数据，用作PSP系统的压力参考值。PIV系统接收到触发信号后，通过脉冲激光照亮待测区域的示踪粒子，并配合CCD相机记录图像，再通过数据处理工作站的运算处理得到空间流场的相关信息。PSP系统接收触发信号后，通过高速摄像机记录预涂在模型表面的压力敏感涂料的状态，传输至采集计算机。动态采集系统接收PIV系统及PSP系统的触发信号，用作初始时序对应，同时，埋设在模型表面的多个动态压力传感器记录试验中模型表面压力的变化情况，并将采集数据传输至动态采集系统，用作PSP系统的压力参考值。

本发明的用于测量高超声速风洞试验动态压力和空间流场的装置，在高超声速风洞模型试验中实现了动态压力及空间流场的同步测量，有效提高了试验效率，缩短了试验周期，解决了试验中多个物理变量的时序对应问题，节省了试验成本及人、物力消耗，应用前景广泛。并且PIV系统的光路搭设采用了与往常不同的方法：以光学反射镜及磁力镜座配合风洞纹影窗和激光片光源，将激光投射到风洞驻室，使光路易于调节，同时节省了空间。

附图说明

图1是本发明的用于测量高超声速风洞试验动态压力和空间流场的装置的一个实施例的结构示意图；

图2是图1的测量装置的功能框图；

图3是本发明的用于测量高超声速风洞试验动态压力和空间流场的装置实际应用所测得的压力结果与德宇航研究中心的结果对比；

图4是本发明的用于测量高超声速风洞试验动态压力和空间流场的装置实际应用所测得的模型表面压力分布；

图5是本发明的用于测量高超声速风洞试验动态压力和空间流场的装置实际应用所测得的空间流场结果。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提出的一种用于测量高超声速风洞试验动态压力和空间流场的装置进行详细说明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如图1 所示，本发明的用于测量高超声速风洞试验动态压力和空间流场的装置，包括PIV（粒子成像测速）系统、PSP（Pressure Sensitive Paint，压力敏感涂料）系统、动态压力传感器9、同步器12、动态采集系统13。PIV系统包括PIV激光光源5、CCD相机11、粒子发生器、PIV片光光学组件7以及数据处理工作站。PSP系统包括PSP激发光源2、PSP采集相机3、压力敏感涂料。压力敏感涂料喷涂在试验模型8表面，动态压力传感器9安装在试验模型8内部。CCD相机11、PSP采集相机3和动态采集系统13均与同步器连接。PIV系统和PSP系统通过同步器同步触发，并通过动态采集系统采集触发信号。

PSP激发光源2、PSP采集相机3均通过高速风洞驻室1顶部的观察窗4指向高速风洞驻室1内的试验模型8。

PIV激光光源5发射的光通过安装在磁力镜座上的光学反射镜6反射至PIV片光光学组件7。高速风洞驻室1侧壁开设有驻室纹影窗10，CCD相机11通过驻室纹影窗10拍摄试验模型8。

本实施例中，PIV激光光源5选用双脉冲激光器。PSP激发光源选用连续LED自发光紫光灯。PSP采集相机选用高速相机。同步器选用BNC 同步器。

如图2所示，本发明的测量装置工作步骤如下：

1.试验前完成模型8安装及动态压力传感器9埋设、设备连接调试、模型表面压力敏感涂料喷涂等工作。在高超声速流场开始建立时，控制PIV系统中的粒子发生器，在高超声速风洞上有投放示踪粒子；

2.待高超声速风洞建立起稳定的流场环境后，通过触发开关人为地向BNC同步器13发送一个初始的触发信号，BNC同步器接收到信号后，同时激发出两个信号分别触发PIV系统对模型空间流场的测量以及PSP系统采集相机3记录试验模型表面压力敏感涂料的变化情况；同时，动态采集系统13同步采集这两个信号，并通过埋设在模型内部的动态压力传感器9，记录试验模型表面的动态压力数据，用作PSP系统的压力参考值。PIV系统接收到触发信号后，通过双脉冲激光器5照亮待测区域的示踪粒子，并配合CCD相机11记录图像。PSP系统接收触发信号后，通过高速摄像机记录预涂在试验模型表面的压力敏感涂料的状态，传输至采集计算机。动态采集系统接收PIV系统及PSP系统的触发信号，用作初始时序对应，同时，埋设在试验模型表面的多个动态压力传感器9记录试验中试验模型表面压力的变化情况，并将采集数据传输至动态采集系统13，用作PSP系统的压力参考值。

3.将PIV系统、PSP系统及动态压力传感器所采集到的相关数据进行运算处理，得到试验模型表面的动态压力变化情况以及空间流畅信息。

从图3至5可以看出，本发明的装置可以同时测量高超声速风洞试验动态压力、空间流场，且测量结果准确可靠。

基于对本发明优选实施方式的描述，应该清楚，由所附的权利要求书所限定的本发明并不仅仅局限于上面说明书中所阐述的特定细节，未脱离本发明宗旨或范围的对本发明的许多显而易见的改变同样可能达到本发明的目的。