【技术实现步骤摘要】
叠片电弧加热器高焓气流参数诊断系统
本专利技术涉及一种用于叠片电弧加热器高焓气流诊断的激光吸收光谱技术,用于高焓叠片式电弧加热器地面模拟试验中,利用激光吸收光谱测量系统实时测量电弧加热器内高温流场,通过分析OI777.19nm入射激光和出射激光的变化,获得电弧加热器高温气流的静温和关键组分原子氧粒子数密度。属于飞行器地面气动热试验研究领域。
技术介绍
电弧风洞是进行高超声速飞行器再入和热防护研究的重要地面试验设备,是各航天大国进行空间探索的关键技术之一和核心竞争力。高超声速飞行器再入大气层,由于强激波和粘性滞止,激波波后温度可达几千甚至上万K,飞行器面临剧烈的气动加热:飞行器周围气体被离解、电离为等离子体,再入流场经历热力学平动、振动、转动、电子温度的变化和气体组分的激发、离解、复合和电离的化学反应过程,加上飞行器表面催化效应和氧化机制的影响,飞行器再入流场过程非常复杂,是飞行器热防护研究的重点。电弧加热器通过电弧加热方式产生高焓等离子体气流,模拟飞行器再入流场条件,进行飞行器防热研究的地面试验,而其中关键在于地面风洞设备准确模拟再入流场的能力。传统接触式测量手段难以对高温流场进行准确定量,限制了飞行器防热材料及防热结构研究的发展,迫切需要发展新的高温流场测量技术,开展对于电弧加热器高焓气流的诊断应用。光谱学手段作为一种非接触的测量方法,利用流场原子或分子组分的辐射跃迁来获得流场的信号,具有非常高的应用前景。以激光吸收光谱技术为代表的非接触式光谱测量方法具备对流场多参数实时诊断的能力和对流场无干扰的优点,是高温、高超设备流场诊断的理想手段之一。近年来,国内 ...
【技术保护点】
叠片电弧加热器高焓气流参数诊断系统,其特征在于:包括电弧加热器(1)、喷管(2)、光学测量片(3)、多模光纤(4)、激光接收单元(18)、单模光纤(7)、激光发射单元(19)、上位机(17);光学测量片(3)安装在电弧加热器(1)和喷管(2)之间,喷管出口置于一个封闭的真空环境中,试验模型放置在上述真空环境中;电弧加热器(1)对进入的空气进行加热,形成高温气流,经喷管(2)膨胀加速后在喷管出口形成高速气流;激光发射单元(19)根据上位机的指令,产生一束窄带、波长可调谐的激光信号输出至光学测量片(3),并标定出所产生激光信号的时间尺度‑频率尺度关系输出至上位机(17);光学测量片(3)对输入的激光信号首先进行准直,准直后的信号穿过上述高温气流,并滤掉背景辐射后聚焦进入多模光纤(4),激光接收单元(18)从多模光纤(4)接收信号进行光电转换后传递至上位机(17);上位机(17)对接收的时间尺度‑频率尺度关系和光电转换后的信号进行处理,得到高温气流的温度和原子氧的粒子数密度,将该高温气流的温度和原子氧的粒子数密度作为试验模型试验过程中的试验参数。
【技术特征摘要】
1.叠片电弧加热器高焓气流参数诊断系统,其特征在于:包括电弧加热器(1)、喷管(2)、光学测量片(3)、多模光纤(4)、激光接收单元(18)、单模光纤(7)、激光发射单元(19)、上位机(17);光学测量片(3)安装在电弧加热器(1)和喷管(2)之间,喷管出口置于一个封闭的真空环境中,试验模型放置在上述真空环境中;电弧加热器(1)对进入的空气进行加热,形成高温气流,经喷管(2)膨胀加速后在喷管出口形成高速气流;激光发射单元(19)根据上位机的指令,产生一束窄带、波长可调谐的激光信号输出至光学测量片(3),并标定出所产生激光信号的时间尺度-频率尺度关系输出至上位机(17);光学测量片(3)对输入的激光信号首先进行准直,准直后的信号穿过上述高温气流,并滤掉背景辐射后聚焦进入多模光纤(4),激光接收单元(18)从多模光纤(4)接收信号进行光电转换后传递至上位机(17);上位机(17)对接收的时间尺度-频率尺度关系和光电转换后的信号进行处理,得到高温气流的温度和原子氧的粒子数密度,将该高温气流的温度和原子氧的粒子数密度作为试验模型试验过程中的试验参数。2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述的上位机采用下述方式实现:第一步,通过接收的时间尺度-频率尺度关系对光电转换后的信号进行时域和频域的转换,得到透射光强信号;第二步,将透射光强信号与比对信号相比,并取对数,作为拟合对象进行Voigt曲线拟合,获得曲线的积分面积或者半高宽,进而得到高温气流的温度,根据该温度得到原子氧的粒子数密度。3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于:所述的比对信号为基于激光发射单元产生的窄带、波长可调谐的激光信号乘以透射光强信号中非吸收影响下光强的衰减系数;或者为基于透射光强信号单周期数据中没有原子氧谱线吸收位置的数据,进行多项式拟合获得的基线。4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于:没有原子氧谱线吸收位置的界定是基于透射光强信号中原子氧吸收谱线的半高全宽,乘以系数5。5.根据权利要求2...
【专利技术属性】
技术研发人员:曾徽,欧东斌,陈连忠,
申请(专利权)人:中国航天空气动力技术研究院,
类型:发明
国别省市:北京,11
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