一种流场显示装置的制作方法

本发明涉及空气动力试验设备领域，特别是涉及一种流场显示装置。

背景技术：

常规高超声速风洞试验过程中，流场中气体密度随流场参数和测量位置以及时间而变化，利用气体折射率变化引起光线偏折的原理，常用阴影或纹影等方法显示流场。但是，在低密度流场中，由于平均密度很低，密度变化的绝对值太小，因此不能用光线偏折原理的光学方法显示流场。基于气体放电过程的辐射强度与气体密度相关，可采用气体放电方法显示流场。

在低气压的气体流场中，电极之间的放电会使气体发光，这是在电场作用下，受激励分子的自发发射产生的阳极辉柱发光，这种光辐射的强度取决于控制容积范围内的气体密度。放电过程中，辉光正柱区比较稳定，因此可以应用辉光放电方法可以显示稀薄气体流场(1000pa-0.1pa)；现有对应用辉光放电原理显示流场基本停留在理论研究阶段，然而在具体试验时，还存在许多急需解决的现实问题，如正电极位于喷管和扩压器之间，正电极和喷管或扩压器间会发生放电反应，影响流场显示的效果；还比如试验过程中，试验模型随模型支撑进行攻角调节，如何保证攻角变化后的辉光放电显示效果，均是急需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种流场显示装置，以解决现有技术中正电极和喷管或扩压器间发生放电反应影响流场显示的效果，试验过程中，试验模型随模型支撑进行攻角调节，无法保证攻角变化后的辉光放电显示效果的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

本发明实施例提供了一种流场显示装置，包括：电源、正电极、负电极、电极组件以及电极组件控制系统，所述电极组件包括电极保护罩；所述电源分别与所述正电极和所述负电极连接，所述正电极设置于流场外，所述负电极设置于所述流场内，且所述负电极设置于试验模型的表面；所述电极组件与所述正电极连接；所述电源，用于为所述正电极和所述负电极提供电能；所述电极组件，用于在所述电极组件控制系统的控制下调节所述正电极和所述负电极之间的距离和角度以及电极保护罩的位置和角度；所述电极组件控制系统，用于控制所述电极组件根据扩压器的位置调节所述电极保护罩的角度，跟随模型支撑调节所述正电极和所述负电极的角度，以及控制所述电源的开启和关闭。

优选地，所述电极组件还包括：调节支撑杆、电极安装板、球形转接座、第一传动杆、第二传动杆、电机、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第三传动齿轮、导轨、滑块、电机支撑座、气缸；所述调节支撑杆的一端与试验舱连接，另一端与所述电极保护罩连接；所述正电极设置于所述电极安装板一侧的表面，所述电极安装板的另一侧与所述球形转接座的一端连接；所述电极保护罩的中间位置处设置有圆形通孔，所述球形转接座设置于所述电极保护罩中间的圆形通孔处；所述第二传动杆的一端与所述球形连接座固定连接，另一端穿过所述第一传动杆与所述第二传动齿轮连接；所述第一传动杆的一端与所述电极保护罩固定连接，另一端与所述第三传动齿轮连接；所述电机与所述第一传动齿轮连接；所述电机通过所述导轨、所述滑块与所述电机支撑座相连接；所述气缸固定设置于电机支撑座；所述第一传动齿轮分别和所述第二传动齿轮、所述第三传动齿轮啮合。

优选地，所述电源为高压直流电源。

优选地，所述调节支撑杆的中间位置处由直径不同的两个光杆套在一起，以调节所述调节支撑杆的长度。

优选地，所述正电极为多个点电极，所述负电极包括点电极、线电极、面电极中的至少一种。

优选地，所述电极保护罩为方形结构、三角形结构、圆盘形结构中的任一种，所述电极保护罩的中间位置处设置有圆形通孔，所述圆形通孔的末端设置有限位圈。

优选地，所述球形转接座中间开设有螺纹孔，以通过螺杆与所述电极安装板连接。

优选地，所述电机支撑座的一侧设置有磁铁，以实现和试验舱的快速连接。

优选地，所述流场显示装置还包括电机底座，所述气缸包括气缸杆，所述气缸杆通过法兰与所述电机底座连接。

优选地，所述调节支撑杆、所述电极保护罩、所述电极安装板、所述球形转接座、所述第一传动杆、所述第二传动杆、所述第一传动齿轮、所述第二传动齿轮和所述第三传动齿轮均是采用聚四氟乙烯材质制成。

通过本发明实施例提供的方案，具有以下优点：

(1)在试验过程中，试验模型通过模型支撑旋转角度，外侧正电极能够自动跟随试验模型旋转相应的角度，始终保持两个电极表面平行，并通过选择不同的正负电极组合保证放电持续稳定；

(2)电极保护罩能根据喷管和扩压器的相对距离自动调节角度，且保证电极组件始终位于流场区域外侧，避免干扰流场；

(3)电极组件能够调节两个电极的距离，保证试验时两个电极始终处于最近距离，减小电源功率损耗；且电极组件中，通过一台电机即可实现两个部件的角度调节；

(4)正极采用多个点电极，负极采用点电极、线电极或面电极，当正、负电极旋转角度后，虽然正、负电极表面能够保持平行，但是其距离和沿电极表面垂直方向的重合面积会减少，正极采用多个点电极，可以通过接通正极上始终位于负极中间正投影区域的点电极来保证放电效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种流场显示的试验装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种电极组件的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种球形转接座与电极安装板的连接示意图；

图4是本发明实施例提供的一种电机支撑座与气缸的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参照图1，示出了本发明实施例提供的一种流场显示的试验装置的结构示意图，如图1所示，在试验装置中流场显示装置可以包括：电源(图中未示出)、正电极300、负电极200、电极组件100以及电极组件控制系统(图中未示出)。

接下来，结合说明书附图图2、3和4对电极组件100的构造进行详细描述。

图2示出了本发明实施例提供的一种电极组件的结构示意图，图3示出了本发明实施例提供的一种球形转接座与电极安装板的连接示意图，图4示出了本发明实施例提供的一种电机支撑座与气缸的连接示意图，如图2、图3、图4所示，电极组件100可以包括电极保护罩2；

电源可以分别与正电极300和负电极200连接，正电极300设置于流场900外，负电极200设置于流场900内，且负电极200设置于试验模型500的表面，电极组件100与正电极300连接；

电源可以用于为正电极300和负电极200提供电能.

电极组件100可以用于在电极组件控制系统的控制下调节正电极300和负电极200之间的距离和角度。电极组件100还可以调节电极保护罩2的位置和角度。

电极组件控制系统可以用于控制电极组件100根据扩压器600的位置调节电极保护罩2的角度，跟随模型支撑400调节正电极300和负电极200的角度，以及控制电源的开启和关闭。

本发明实施例中，可以在后续试验过程中，试验模型500通过模型支撑400旋转角度，外侧正电极300能够自动跟随试验模型500旋转相应的角度，始终保持两个电极(即正电极300和负电极200)表面平行，并通过选择不同的正电极300和负电极200组合保证放电持续稳定。

在本发明的一种优选实施例中，电极组件100还可以包括：调节支撑杆1、电极安装板10、球形转接座9、第一传动杆3、第二传动杆8、电机4、第一传动齿轮5、第二传动齿轮6、第三传动齿轮7、导轨14、滑块11、电机支撑座13、气缸12。

调节支撑杆1的一端与试验舱700连接，另一端与电极保护罩2连接。正电极300设置于电极安装板10一侧的表面，电极安装板10的另一侧与球形转接座9的一端连接。

电极保护罩2的中间位置处设置有圆形通孔(图中未示出)，球形转接座9设置于电极保护罩2中间的圆形通孔处。

第二传动杆8的一端与球形连接座9固定连接，另一端穿过第一传动杆3与第二传动齿轮6连接。

第一传动杆3的一端与电极保护罩2固定连接，另一端与第三传动齿轮7连接。

电机4与第一传动齿轮5连接，电机4通过导轨14、滑块11与电机支撑座13相连接。

气缸12固定设置于电机支撑座13；第一传动齿轮5可以与第二传动齿轮6齿合用于调节正电极300的角度；当然，第一传动齿轮5也可以与第三传动齿轮7齿合用于调节电极保护罩2的角度。

电极组件控制系统还可以用于控制气缸12的伸出和缩回。

在本发明的一种优选实施例中，电源为高压直流电源，例如，100kv高压直流电源等等，在具体实现中可以根据实际情况选择适合的高压直流电源，本发明实施例对此不加以限制。

在本发明的另一优选实施例中，调节支撑杆1的中间位置处由直径不同的两个光杆(图中未示出)套在一起，以调节支撑杆1的长度，以便于本发明实施例提供的流场显示装置可以适用于不同的试验场景。

在本发明的另一优选实施例中，正电极300可以由多个点电极组成，负电极200可以由点电极、线电极、面电极中的一种或多种组成，本发明实施例对此不加以限制。

在本发明实施例中，通过正电极300采用多个点电极，负电极200采用点电极、线电极或面电极，当正电极300和负电极200旋转某一角度后，虽然正电极300和负电极200表面能够保持平行，但是其距离和沿电极表面垂直方向的重合面积会减少，正电极300采用多个点电极，可以通过接通正电极300上始终位于负电极200中间正投影区域的点电极来保证放电效果。

在本发明的另一优选实施例中，电极保护罩2可以为方形结构、三角形结构和圆盘形结构等结构中的任意一种，所述圆形通孔的末端设置有限位圈(图中未示出)，而对于电极保护罩2的形状可以根据试验场景的不同而自行选择，本发明实施例对此不加以限制。

在本发明的另一优选实施例中，球形转接座9中间开设有螺纹孔，以通过螺杆(图中未示出)与电极安装板10连接，可以理解地，螺杆一端的螺纹是与球形转接座9中间开设的螺纹孔的螺纹相吻合的。

在具体实现中，可以选择其它可以应用于流场试验场景的方式将球形转接座9与电极安装板10连接，本发明实施例对此不加以限制。

在本发明的另一优选实施例中，电机支撑座13的一侧设置有磁铁，电机支撑座13可以通过磁铁加快和试验舱700的连接。

在本发明的另一优选实施例中，流场显示装置还可以包括电机底座(图中未示出)，气缸12包括气缸杆，气缸杆可以通过法兰与电机底座相连接。

当然，在具体实现中，还可以采用其它连接方式实现气缸12与电机底座的连接，本发明实施例对此不加以限制。

在本发明的另一优选实施例中，调节支撑杆1、电极保护罩2、电极安装板10、球形转接座9、第一传动杆3、第二传动杆8、第一传动齿轮5、第二传动齿轮6和第三传动齿轮7可以均是采用聚四氟乙烯材质制成的。

在具体实现中，可以根据具体的试验场景选择调节支撑杆1、电极保护罩2、电极安装板10、球形转接座9、第一传动杆3、第二传动杆8、第一传动齿轮5、第二传动齿轮6和第三传动齿轮7的制成材料，本发明实施例对此不加以限制。

在本发明的另一优选实施例中，正电极300可以是采用铜或铝制成的，负电极200可以是采用铜或铝制成的。

在具体实现中，可以根据实际需求选择正负电极的制成材料，本发明实施例对此不加以限制。

在采用本发明实施例提供的流场显示装置进行流场显示的试验过程中，流场显示装置的作用是观测试验模型在气流作用下的激波以及流场的参数，其中，负极嵌入到试验模型的表面，正极位于流场之外，通过两个电极之间放电产生的辉光显示流场。负极嵌入到试验模型的表面，并通过导线接地。试验模型通过模型支撑旋转角度，外侧电极能够自动跟随试验模型旋转相应的角度，始终保持两个电极表面平行，并通过选择不同的正负电极组合保证放电持续稳定。

综上可知，采用本发明实施例提供的流场显示装置，具体以下有益效果：

(1)在试验过程中，试验模型通过模型支撑旋转角度，外侧电极能够自动跟随试验模型旋转相应的角度，始终保持两个电极表面平行，并通过选择不同的正负电极组合保证放电持续稳定；

(2)电极保护罩能根据喷管和扩压器的相对距离自动调节角度，且保证电极组件始终位于流场区域外侧，避免干扰流场；

(3)电极组件能够调节两个电极的距离，保证试验时两个电极始终处于最近距离，减小电源功率损耗；且电极组件中，通过一台电机即可实现两个部件的角度调节；

(4)正极采用多个点电极，负极采用点电极、线电极或面电极，当正、负电极旋转角度后，虽然正、负电极表面能够保持平行，但是其距离和沿电极表面垂直方向的重合面积会减少，正极采用多个点电极，可以通过接通正极上始终位于负极中间正投影区域的点电极来保证放电效果。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。