基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台及系统，该测试平台包括实验舱、轴对称喷管以及扩压器；实验舱具有相对的前壁与后壁，以及相对的左侧壁与右侧壁，实验舱上设置有至少两个对应布设的第一光学窗口；轴对称喷管的喷管末段穿过前壁延伸至实验舱内，扩压器设置于后壁；于喷管末段的后端连接有喷管延长段，喷管延长段上正对左侧壁的一侧设置有安装位，于安装位内安装设有带第二光学窗口的层流平板，至少两个第一光学窗口与第二光学窗口位于同一光路上。本发明专利技术通过对原始轴对称喷管后端进行延长的方式，实现测试菱形区往流场下游移动，使得测试模型可以位于轴对称喷管的理想测试菱形区内，保证测试状态及结果的可靠性。

Transient wavefront testing platform and system based on hypersonic pulse wind tunnel

The present invention discloses a transient wavefront test platform and system based on hypersonic pulse wind tunnel, which includes an experimental cabin, an axisymmetric nozzle and a diffuser; the experimental cabin has a relative front and rear wall, and a relative left and right side walls; and the experimental cabin is provided with at least two first lights corresponding to the distribution of the first light. The nozzle end of the axisymmetrical nozzle extends through the front wall to the experimental cabin, and the diffuser is arranged on the back wall; a nozzle extension section is connected at the back end of the nozzle end, and an installation position is arranged on one side of the nozzle extension section opposite the left side wall, and a laminar flow plate with a second optical window is installed in the installation position, at least two of which are arranged. The first optical window is located on the same optical path with the second optical window. By extending the back end of the original axisymmetric nozzle, the test diamond region moves downstream of the flow field, so that the test model can be located in the ideal test diamond region of the axisymmetric nozzle, thus ensuring the reliability of the test state and results.

【技术实现步骤摘要】
基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台及系统
本专利技术涉及瞬态气动光学效应波前测量实验领域，特别地，涉及一种基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台及系统。
技术介绍
新一代高速成像制导导弹在大气层高速飞行时，受到制导窗口附近流场密度变化的影响，探测器接收到的目标图像会出现偏移、抖动和模糊现象，即通常所说的气动光学效应。此效应会降低成像制导精度，进而影响毁伤效果。为了对上述现象进行校正，需要对气动光学效应进行深入的研究，而研究最为可行的方法之一就是在地面构建可能与飞行环境比拟的气动光学效应测试平台，并对其瞬态气动光学波前进行可靠的测量。高超声速气动光学效应地面测试平台主要由两部分构成，地面高超声速飞行环境模拟设备和瞬态波前测试设备。地面高超声速飞行环境模拟设备主要是指高超声速风洞设备。目前高超声速气动光学效应地面测试平台所使用的风洞，包括(高)超声速激波风洞、(高)超声速炮风洞以及(高)超声速静音风洞，所采用的喷管多为轴对称喷管，轴对称喷管具有加工方便、测试有效区域大以及抗堵塞能力强等优点。但是，在利用基于轴对称喷管风洞进行气动光学效应测试时，轴对称喷管导致的射流边界具有较强的压缩性，对于气动光学效应测试干扰很大，为了避免上述射流边界的影响，通常采用在流场中布置层流隔板的方法避免，利用层流边界层来替代射流剪切层的影响。传统的抑制方法依靠在轴对称流场中布置层流隔板的确可以有效减少射流剪切层对于气动光学效应的影响，但是无法消减轴对称喷管出口菱形区波系对于气动光学效应的影响，而且会导致测试模型无法位于喷管的菱形区内，导致实验模拟参数不准确。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台及系统，以解决现有测试平台中层流隔板的安装位置使得测试模型无法位于轴对称喷管测试流场的有效菱形区内导致影响测试结果的技术问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的一方面提供了一种基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台，包括实验舱、轴对称喷管以及扩压器；实验舱具有相对的前壁与后壁，以及相对的左侧壁与右侧壁，实验舱上设置有至少两个对应布设的第一光学窗口；轴对称喷管的喷管末段穿过前壁延伸至实验舱内，扩压器设置于后壁；于喷管末段的后端连接有喷管延长段，喷管延长段上正对左侧壁的一侧设置有安装位，于安装位内安装设有带第二光学窗口的层流平板，至少两个第一光学窗口与第二光学窗口位于同一光路上。进一步地，层流平板的前端延伸至喷管末段内部。进一步地，层流平板的外表面沿径向位于喷管末段的内表面的内侧，且二者间具有间隙。进一步地，层流平板的前端呈由前向后渐宽的尖劈体。进一步地，前壁和后壁上分别设置有一个第一光学窗口，且两个第一光学窗口对应布设；或者左侧壁和右侧壁上分别设置有一个第一光学窗口，且两个第一光学窗口对应布设；两个相对的第一光学窗口与第二光学窗口位于相对前后方向呈倾斜的倾斜光路上。进一步地，喷管延长段的后端缘呈朝实验舱的右前方渐缩的倾斜状。进一步地，层流平板的左侧对应第二光学窗口的外围设置有用于隔绝射流边界影响的绕流空腔，绕流空腔由设于层流平板表面的多块隔板围成。进一步地，隔板包括位于第二光学窗口前方的前隔板、分别位于第二光学窗口两侧的两块侧隔板、以及位于第二光学窗口后方的后隔板；前隔板和后隔板朝向实验舱的左前方倾斜设置，并位于两个相对的第一光学窗口所在倾斜光路的外侧。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试系统，其特征在于，测试系统包括上述的测试平台，用于对其进行瞬态气动光学波前的测量，测试系统还包括：压力传感器、连接压力传感器的同步控制器、与同步控制器连接的脉冲激光器、与同步控制器连接的CCD相机、以及与同步控制器和CCD相机连接的计算机，其中，压力传感器设置于喷管末段上，用于采集风洞内的压力信号；同步控制器在压力传感器采集到风洞内压力信号跃升时触发，同步控制器用于同步控制脉冲激光器发出激光束、CCD相机曝光；脉冲激光器发出的激光束通过实验舱上的其中一个第一光学窗口、第二光学窗口以及另一个第一光学窗口；CCD相机正对另一个第一光学窗口进行图像采集并输出至计算机；计算机，用于控制同步控制器发出控制信号，以及用于接收和储存CCD相机采集的图像，并通过互相关计算方法从采集的图像中获取波前重构所需的位移场数据、结合高精度波前重构算法实现波前重构。进一步地，脉冲激光器为双腔Nd-YAG激光器；CCD相机为双曝光跨帧CCD相机。本专利技术的基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台，在轴对称喷管的喷管末段后端连接设置喷管延长段，通过对原始轴对称喷管后端进行延长的方式，实现测试菱形区往流场下游移动，从而使得测试模型可以位于轴对称喷管的理想测试菱形区内，保证测试状态及结果的可靠性；通过在相应位置安装层流平板，可消除轴对称喷管射流边界对气动光学效应测试的影响。本专利技术以风洞运行压力信号作为波前测量的触发信号搭建的瞬态波前测试系统，可实现曝光时间为纳秒量级的波前测量，满足高超声速流场冻结假设条件除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例的基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台的结构示意图；图2是本专利技术优选实施例的喷管延长段的示意图；图3是本专利技术优选实施例的喷管延长段安装层流平板的示意图；图4是本专利技术优选实施例的层流平板从另一角度的示意图；图5是本专利技术优选实施例的基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试系统的结构原理图；图6是本专利技术的基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试系统运行的时序图。附图标号说明：1、实验舱；10、前壁；11、后壁；12、左侧壁；13、右侧壁；14、第一光学窗口；2、轴对称喷管；20、喷管末段；201、内表面；3、扩压器；4、喷管延长段；40、安装位；5、层流平板；50、第二光学窗口；51、前端；52、外表面；6、绕流空腔；60、前隔板；61、后隔板；70、压力传感器；71、同步控制器；72、脉冲激光器；73、CCD相机；74、计算机。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。参照图1至图4，本专利技术的优选实施例提供了一种基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台，包括实验舱1、轴对称喷管2以及扩压器3。实验舱1具有相对的前壁10与后壁11，以及相对的左侧壁12与右侧壁13，实验舱1上设置有至少两个对应布设的第一光学窗口14。轴对称喷管2的喷管末段20穿过前壁10延伸至实验舱1内。于喷管末段20的后端连接有喷管延长段4，喷管延长段4上正对左侧壁12的一侧设置有安装位40，于安装位40内安装设有带第二光学窗口50的层流平板5。至少两个第一光学窗口14与第二光学窗口50位于同一光路上。扩压器3设置于后壁11，其位于轴对称喷管2的后方，并穿过后壁11延伸至实验舱1外。扩压器3后接真空罐。本专利技术在轴对称喷管2的喷管末段20后端连接设置喷管延长段4，通过对原始轴对称喷管2后端进行延长的方式，实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台，其特征在于，包括实验舱(1)、轴对称喷管(2)以及扩压器(3)；所述实验舱(1)具有相对的前壁(10)与后壁(11)，以及相对的左侧壁(12)与右侧壁(13)，所述实验舱(1)上设置有至少两个对应布设的第一光学窗口(14)；所述轴对称喷管(2)的喷管末段(20)穿过所述前壁(10)延伸至所述实验舱(1)内，所述扩压器(3)设置于所述后壁(11)；于所述喷管末段(20)的后端连接有喷管延长段(4)，所述喷管延长段(4)上正对所述左侧壁(12)的一侧设置有安装位(40)，于所述安装位(40)内安装设有带第二光学窗口(50)的层流平板(5)，所述至少两个第一光学窗口(14)与所述第二光学窗口(50)位于同一光路上。

【技术特征摘要】
2018.03.26 CN 20182040780511.一种基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台，其特征在于，包括实验舱(1)、轴对称喷管(2)以及扩压器(3)；所述实验舱(1)具有相对的前壁(10)与后壁(11)，以及相对的左侧壁(12)与右侧壁(13)，所述实验舱(1)上设置有至少两个对应布设的第一光学窗口(14)；所述轴对称喷管(2)的喷管末段(20)穿过所述前壁(10)延伸至所述实验舱(1)内，所述扩压器(3)设置于所述后壁(11)；于所述喷管末段(20)的后端连接有喷管延长段(4)，所述喷管延长段(4)上正对所述左侧壁(12)的一侧设置有安装位(40)，于所述安装位(40)内安装设有带第二光学窗口(50)的层流平板(5)，所述至少两个第一光学窗口(14)与所述第二光学窗口(50)位于同一光路上。2.根据权利要求1所述的基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台，其特征在于，所述层流平板(5)的前端(51)延伸至所述喷管末段(20)内部。3.根据权利要求1所述的基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台，其特征在于，所述层流平板(5)的外表面(52)沿径向位于所述喷管末段(20)的内表面(201)的内侧，且二者间具有间隙。4.根据权利要求1所述的基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台，其特征在于，所述层流平板(5)的前端(51)呈由前向后渐宽的尖劈体。5.根据权利要求1所述的基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台，其特征在于，所述前壁(10)和所述后壁(11)上分别设置有一个第一光学窗口(14)，且两个所述第一光学窗口(14)对应布设；或者所述左侧壁(12)和所述右侧壁(13)上分别设置有一个第一光学窗口(14)，且两个所述第一光学窗口(14)对应布设；两个相对的所述第一光学窗口(14)与所述第二光学窗口(50)位于相对前后方向呈倾斜的倾斜光路上。6.根据权利要求1所述的基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台，其特征在于，所述喷管延长段(4)的后端缘呈朝所述实验舱(1)的右前方渐缩的倾斜状。7.根据权利要求1所述的基于高超声速脉冲风洞的瞬态波前测试平台，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：易仕和，丁浩林，葛勇，陆小革，赵鑫海，何霖，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43