一种风洞试验气流平均速度测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种风洞试验气流平均速度测量装置及测量方法。该装置包括从前至后依次连接的排杆、排杆固定件和支杆转接件；排杆的前端为圆柱或台阶圆柱，支杆转接件固定连接风洞模型支撑机构；排杆位于风洞试验段侧壁的观察窗外边界内。该方法通过高速摄影拍摄安装在不同位置的排杆前端形成脱体激波过程，经过照片判读，得到不同位置排杆头部端头脱体激波形成时刻，通过数据处理，获得风洞试验气流的平均速度。该装置和方法简便易行，精准度高，能够推广应用于高速和超高速风洞。推广应用于高速和超高速风洞。推广应用于高速和超高速风洞。

【技术实现步骤摘要】
一种风洞试验气流平均速度测量装置及测量方法


[0001]本专利技术属于风洞试验设备领域，具体涉及一种风洞试验气流平均速度测量装置及测量方法。

技术介绍

[0002]在高超声速风洞设备中，试验气流的速度是表征流场参数一个重要参数指标。在激波风洞和高焓膨胀管风洞中，常用的测量试验气流速度有两种方式，一种是直接测量方法，如使用PIV(粒子测速)、TDLAS(可调谐激光吸收光谱)、PLIF(激光诱导荧光)以及ZL202021540155.1技术公布的排架(压力测量)进行测速；另外一种是间接测量方法方法,即使用直接测量得到的其他气流参数通过计算间接得到试验气流速度，如通过流场皮托压力、总温、总压等参数来计算试验气流的速度。
[0003]在直接测量方法中，当采用PIV进行试验气流速度测量时，对于超高速风洞，PIV示踪粒子的跟随性较差，由此导致试验气流速度测量不确定度相对较大。当采用TDLAS进行试验气流速度测量时，需要对试验气流中的特定组分的吸收光谱进行测量，该方法并非对所有气体的气流速度测量都适用。当采用PLIF进行试验气流速度测量时，在试验气流速度极高时，通常试验气流的温度亦相对较高，可能导致采用示踪分子离解，致使PLIF测速的方法失效。当采用ZL202021540155.1技术公布的排架进行测速时，传感器的响应差别以及数据判读时人为误差均会影响测量结果，导致气流速度测量不确定度增加。
[0004]在间接测量方法中，由于高温气体效应等影响，在计算过程中会引入较大的不确定度。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的一个技术问题是提供一种风洞试验气流平均速度测量装置，本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种风洞试验气流平均速度测量方法。
[0006]本专利技术的风洞试验气流平均速度测量装置，其特点是，所述的试验气流平均速度测量装置包括从前至后依次连接的排杆、排杆固定件和支杆转接件；
[0007]所述的排杆包括从上至下并列排列的一组长度不同的排杆，排杆的数量为N，N≥2；排杆的前端为圆柱，圆形端面的边沿倒圆；排杆的轴线与风动轴线平行；排杆位于风洞试验段侧壁的观察窗外边界内；
[0008]所述的排杆固定件为矩形块Ⅰ，内部设置有与排杆一一对应的通孔，排杆插入通孔并固定，排杆固定件的前段设置有迎向风洞试验气流的尖劈；
[0009]所述的支杆转接件的前端为固定端，固定端固定连接排杆固定件的后端，支杆转接件的后端为支杆段，支杆段固定连接风洞模型支撑机构；支杆转接件上设置有水平基准面。
[0010]进一步地，所述的排杆的前端为台阶圆柱，台阶圆柱的前后两个台阶边沿均倒圆。
[0011]进一步地，所述的排杆的长度由上至下逐渐增大，或者由上至下逐渐减小，或者中
间长、上下交错缩短。
[0012]进一步地，所述的排杆为实心圆杆构件，从前至后依次包括平直圆柱段Ⅰ、平直圆柱段Ⅱ、锥段、平直圆柱段Ⅲ、平直圆柱段Ⅳ和螺纹段，螺纹段的后端开有内六角孔；平直圆柱段Ⅰ的直径D1大于平直圆柱段Ⅱ的直径D2，平直圆柱段Ⅲ的直径D3大于平直圆柱段Ⅳ的直径D4，平直圆柱段Ⅳ的直径D4等于螺纹段的直径D5；螺纹段具有配装的圆螺母，圆螺母的边缘开有用于螺丝刀拧紧圆螺母的缺口；
[0013]所述的排杆固定件的内部设置有与排杆一一对应的台阶型通孔，台阶型通孔从前至后依次为通孔Ⅰ、通孔Ⅱ和通孔Ⅲ；通孔Ⅰ与平直圆柱段Ⅲ间隙配合，通孔Ⅰ和通孔Ⅱ之间的端面为平直圆柱段Ⅲ的限位端面；通孔Ⅱ与平直圆柱段Ⅳ间隙配合；通孔Ⅲ与圆螺母间隙配合，通孔Ⅱ和通孔Ⅲ之间的端面为圆螺母的限位端面，圆螺母的长度小于通孔Ⅲ的长度，拧紧后，圆螺母位于通孔Ⅲ内部；排杆固定件的后端面还开有两个上下平行排列的螺纹孔Ⅰ和螺纹孔Ⅱ；
[0014]所述的支杆转接件的固定端为矩形块Ⅱ，矩形块Ⅱ的上段和下段分别开有内径相同的通孔Ⅳ和通孔
Ⅴ
；从后至前，穿过通孔Ⅳ的连接螺钉和穿过通孔Ⅳ的连接螺钉，分别通过螺纹孔Ⅰ和螺纹孔Ⅱ固定支杆转接件的固定端。
[0015]进一步地，所述的平直圆柱段Ⅱ的长度不同，通过平直圆柱段Ⅱ的长度改变排杆的长度。
[0016]本专利技术的风洞试验气流平均速度测量方法，包括以下步骤：
[0017]a.分别测量各排杆前端面到排杆固定件后端面的距离，分别记为：L1、L2、L3、L4......，计算得到相邻排杆之间的距离差，分别为：ΔL
21
＝L2‑
L1、ΔL
32
＝L3‑
L2、ΔL
43
＝L4‑
L3......；
[0018]b.将风洞试验气流平均速度测量装置通过支杆转接件的支杆段固定连接在风洞模型支撑机构上，并通过风洞模型支撑机构调整攻角，直至支杆转接件上设置的水平基准面的攻角为0
°
；
[0019]c.将高速光学显示系统安装在风洞试验段外部，光学镜头通过风洞试验段观察窗对准排杆，确保排杆的前端面均处于试验段的观察窗外边界内；
[0020]d.将高速光学显示系统的光路调试好，设置高速光学显示系统的光圈、焦距、帧频、像素的相关参数，将帧频记为f；
[0021]e.开启风洞，启动高速光学显示系统，拍摄各排杆头部脱体激波形成过程，获得系列照片，在系列照片中，依次判读和寻找排杆头部激波形成照片，并记录照片对应的序号n1、n2、n3......，计算照片序号差为Δn
21
＝n2‑
n1、Δn
32
＝n3‑
n2、Δn
43
＝n4‑
n3......；
[0022]f.根据排杆的距离差和对应的照片序号差，分别计算试验气流的速度：
[0023]g.计算试验气流的平均速度：
[0024]进一步地，所述的高速光学显示系统包括纹影、阴影以及辉光放电系统。
[0025]本专利技术的风洞试验气流平均速度测量装置中排杆的前端为台阶圆柱，台阶圆柱的前后两个台阶边沿均倒圆，风洞试验时，试验气流形成的第一个脱体激波完全覆盖第一个
台阶的前端面后，随后会在第一个台阶和第二个台阶的交界处继续形成第二个脱体激波，第二个脱体激波与第一个脱体激波之间有交角，在照片上显示出明显的角度变化，也就是说，第二个脱体激波会有一个转折，寻找和判读刚形成转折的照片，即可判断试验气流已经完全建立起来了，能够更加方便准确地判读排杆头部脱体激波形成的照片序号。
[0026]本专利技术的风洞试验气流平均速度测量方法中，通过采用N≥3个排杆，能够测量风洞试验气流的平均速度。
[0027]本专利技术的风洞试验气流平均速度测量方法中，采用包括纹影、阴影以及辉光放电等传统的光学显示系统，结合高速摄影，即可以通过系列照片判定和测量试验气流达到不同位置处的排杆前端面的时刻，实现高超声速条件下试验气流平均速度的测量。
[0028]本专利技术的风洞试验气流平均速度测量方法适用于所有气体介质的试验气流平均速度测量。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风洞试验气流平均速度测量装置，其特征在于，所述的试验气流平均速度测量装置包括从前至后依次连接的排杆、排杆固定件(7)和支杆转接件(8)；所述的排杆包括从上至下并列排列的一组长度不同的排杆，排杆的数量为N，N≥2；排杆的前端为圆柱，圆形端面的边沿倒圆；排杆的轴线与风动轴线平行；排杆位于风洞试验段侧壁的观察窗外边界(6)内；所述的排杆固定件(7)为矩形块Ⅰ，内部设置有与排杆一一对应的通孔，排杆插入通孔并固定，排杆固定件(7)的前段设置有迎向风洞试验气流的尖劈；所述的支杆转接件(8)的前端为固定端，固定端固定连接排杆固定件(7)的后端，支杆转接件(8)的后端为支杆段，支杆段固定连接风洞模型支撑机构；支杆转接件(8)上设置有水平基准面。2.根据权利要求1所述的风洞试验气流平均速度测量装置，其特征在于，所述的排杆的前端为台阶圆柱(107)，台阶圆柱(107)的前后两个台阶边沿均倒圆。3.根据权利要求1所述的风洞试验气流平均速度测量装置，其特征在于，所述的排杆的长度由上至下逐渐增大，或者由上至下逐渐减小，或者中间长、上下交错缩短。4.根据权利要求1所述的风洞试验气流平均速度测量装置，其特征在于，所述的排杆为实心圆杆构件，从前至后依次包括平直圆柱段Ⅰ(101)、平直圆柱段Ⅱ(102)、锥段(103)、平直圆柱段Ⅲ(104)、平直圆柱段Ⅳ(105)和螺纹段(106)，螺纹段(106)的后端开有内六角孔；平直圆柱段Ⅰ(101)的直径D1大于平直圆柱段Ⅱ(102)的直径D2，平直圆柱段Ⅲ(104)的直径D3大于平直圆柱段Ⅳ(105)的直径D4，平直圆柱段Ⅳ(105)的直径D4等于螺纹段(106)的直径D5；螺纹段(106)具有配装的圆螺母(10)，圆螺母(10)的边缘开有用于螺丝刀拧紧圆螺母(10)的缺口；所述的排杆固定件(7)的内部设置有与排杆一一对应的台阶型通孔，台阶型通孔从前至后依次为通孔Ⅰ、通孔Ⅱ和通孔Ⅲ；通孔Ⅰ与平直圆柱段Ⅲ(104)间隙配合，通孔Ⅰ和通孔Ⅱ之间的端面为平直圆柱段Ⅲ(104)的限位端面；通孔Ⅱ与平直圆柱段Ⅳ(105)间隙配合；通孔Ⅲ与圆螺母(10)间隙配合，通孔Ⅱ和通孔Ⅲ之间的端面为圆螺母(10)的限位端面，圆螺母(10)的长度小于通孔Ⅲ的长度，拧紧后，圆螺母(10)位于通孔Ⅲ内部；排杆固定件(7)的后端面还开有...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕治国，赵荣娟，江涛，龚红明，张扣立，常雨，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：