【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统及方法，属于高温空气动力学试验领域。
技术介绍
1、高焓激波风洞是重要的地面试验设备，通过驱动段、被驱动段之间的极大气体压力和温度差产生极强的入射激波，入射激波在被驱动段内运动、并在被驱动段末端反射两次加热试验气体达到高温高压状态，再通过喷管膨胀加速到所要模拟的自由来流条件。
2、受高温高压气体作用，高焓激波风洞运行过程中面临烧蚀问题，包括主膜片、二道膜片、被驱动段管道的末端等的烧蚀以及重活塞驱动激波风洞止停橡胶的烧蚀，会产生大量的碳颗粒等烟尘，试验后沉积设备的管道内壁面上，严重影响下一次试验流场品质，甚至导致纹影、阴影等光学流场显示技术无法使用，此外还会因模拟气流的氧气过度消耗导致涉及燃烧的发动机试验失败。
3、由于高焓激波风洞被驱动段管道内径较小，很难常规方式清理沉积的烟尘。若采用水浸湿方式清理，容易造成管道腐蚀。若采用丙酮或酒精浸湿方式清理，会造成管道内含有大量的丙酮或酒精挥发物。
技术实现思路
1、本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统及方法，实现了高焓激波风洞被驱动段内的污染物的有效控制与清理，同时实现了高焓激波风洞运行过程中的污染信息高频检测，为高焓激波风洞自由流品质评估提供了一种有效途径。
2、本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
3、一种高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，包
4、清洁装置，对风洞试验系统中被驱动段内部进行清洁处理；
5、置换处理装置，对所述清洁处理后的被驱动段内部进行气体抽除和环境大气充装；
6、流场污染获取装置，风洞试验开始后，拍摄风洞试验系统中试验段内部的光谱辐射图像，并对所述光谱辐射图像进行处理，获得流场污染信息。
7、在上述高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统中，所述置换处理装置包括抽真空装置和充气装置，其中抽真空装置用于被驱动段内污浊气体的抽除，充气装置用于被驱动段内环境大气的充装。
8、在上述高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统中，所述抽真空装置、充气装置与被驱动段连通的管路上安装有气动阀门，用于抽除或充装的控制。
9、在上述高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统中，所述置换处理装置还包括真空计，所述真空计用于测量被驱动段内的压力。
10、在上述高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统中，所述流场污染获取装置包括探测装置、同步装置、总压传感器和数据存储与处理装置，其中：
11、总压传感器，用于测量被驱动段内部的压力，当压力达到要求值时，触发同步装置；
12、同步装置，控制探测装置进行光谱辐射图像的拍摄；
13、探测装置，用于拍摄试验段内部的光谱辐射图像，并发送至数据存储与处理装置；
14、数据存储与处理装置，接收探测装置发送的光谱辐射图像，对所述光谱辐射图像进行存储和处理，获得流场污染信息。
15、在上述高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统中，所述数据存储与处理装置接收探测装置发送的光谱辐射图像，对所述光谱辐射图像进行存储和处理，获得流场污染信息的方法包括：
16、对每张光谱辐射图像进行灰度化处理；
17、通过积分给出每张光谱辐射图像的总灰度值；
18、结合各光谱辐射图像对应的时刻，给出流场特定波长辐射信息总量，即总灰度值随试验时间的变化特征，作为流场污染信息。
19、在上述高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统中，当总灰度值衰减到无气流时灰度值的2倍及以下时，流场污染忽略不计。
20、在上述高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统中，所述探测装置包括滤波片、镜头和高速相机，其中滤波片用于污染组分的光谱辐射信息提取，镜头用于试验段内部目标流场的聚焦，高速相机用于图像数据记录。
21、在上述高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统中，所探测装置满足如下至少一项：
22、所述滤波片的波长为用于oh*光谱辐射信息提取的300nm～320nm或用于ch*光谱辐射信息提取的420nm～440nm；
23、所述镜头为获取oh*光谱辐射信息的紫外镜头或获取ch*光谱辐射信息的变焦镜头；
24、所述高速相机为记录oh*光谱辐射信息的像增强器与cmos相机组合体或记录ch*光谱辐射信息的cmos相机；
25、所探测装置的拍摄频率不低于5khz。
26、在上述高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统中，所述清洁装置为丙酮或酒精浸湿的、包裹纱布的海绵。
27、在上述高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统中，所述海绵满足以下至少一项：
28、海绵为圆柱形；
29、圆柱形海绵外径比被驱动段内径小2～5mm；
30、海绵对被驱动段内部进行往复清洁处理的次数不少于5次。
31、在上述高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统中，还包括透光窗口，所述透光窗口安装在风洞试验系统中试验段的侧壁且中心与风洞试验系统中喷管轴线重合，用于透射试验段内风洞模拟流场的光谱信息。
32、在上述高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统中，所述置换处理装置对清洁处理后的被驱动段内部进行气体抽除和环境大气充装，重复5～8次。
33、一种高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测方法，其特征在于，应用于上述污染控制与检测系统，包括：
34、将所述污染控制与检测系统与风洞试验系统连接；
35、清洁装置对风洞试验系统中被驱动段内部进行清洁处理；
36、置换处理装置对清洁处理后的被驱动段内部进行气体抽除和环境大气充装；
37、开启风洞试验，风洞试验系统的驱动段中的驱动气体被自由活塞压缩至高温高压状态，冲破驱动段与被驱动段之间的主膜片，进入被驱动段内，与在被驱动段内的空气作用，产生下游运动的强激波，运动到二道膜片处反射，使被驱动段内的空气达到所需的高温高压条件，并冲破二道膜片，经尾喷管膨胀加速、产生模拟的高超声速气流，进入试验段；
38、流场污染获取装置拍摄所述试验段内部的光谱辐射图像，并对所述光谱辐射图像进行处理，获得流场污染信息。
39、在上述高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测方法中，所述清洁装置对风洞试验系统中被驱动段内部进行清洁处理的方法，包括：
40、采用丙酮或酒精浸湿的、包裹纱布的海绵对被驱动段内部进行清洁处理，往复清理5～8次、且每次更换新的包裹纱布；
41、所述海绵为圆柱形海绵，外径比被驱动段管道内径小2～5mm。
42、在上述高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测方法中，所述置换处理本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，包括清洁装置、置换处理装置和流场污染获取装置，其中：
2.根据权利要求1所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，所述置换处理装置包括抽真空装置(11)和充气装置(12)，其中抽真空装置(11)用于被驱动段(3)内污浊气体的抽除，充气装置(12)用于被驱动段(3)内环境大气的充装。
3.根据权利要求2所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，所述抽真空装置(11)、充气装置(12)与被驱动段(3)连通的管路上安装有气动阀门，用于抽除或充装的控制。
4.根据权利要求2所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，所述置换处理装置还包括真空计(13)，所述真空计(13)用于测量被驱动段(3)内的压力。
5.根据权利要求1所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，所述流场污染获取装置包括探测装置(8)、同步装置(9)、总压传感器(10)和数据存储与处理装置(14)，其中：
6.根据权利要求
7.根据权利要求6所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，当总灰度值衰减到无气流时灰度值的2倍及以下时，流场污染忽略不计。
8.根据权利要求5所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，所述探测装置(8)包括滤波片(801)、镜头(802)和高速相机(803)，其中滤波片(801)用于污染组分的光谱辐射信息提取，镜头(802)用于试验段(6)内部目标流场的聚焦，高速相机(803)用于图像数据记录。
9.根据权利要求8所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，所探测装置(8)满足如下至少一项：
10.根据权利要求1所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，所述清洁装置为丙酮或酒精浸湿的、包裹纱布的海绵。
11.根据权利要求10所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，所述海绵满足以下至少一项：
12.根据权利要求1所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，还包括透光窗口(7)，所述透光窗口(7)安装在风洞试验系统中试验段(6)的侧壁且中心与风洞试验系统中喷管(5)轴线重合，用于透射试验段(6)内风洞模拟流场的光谱信息。
13.根据权利要求1所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，所述置换处理装置对清洁处理后的被驱动段(3)内部进行气体抽除和环境大气充装，重复5～8次。
14.一种高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测方法，其特征在于，应用于权利要求1～12任一项所述的污染控制与检测系统，包括：
15.根据权利要求14所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测方法，其特征在于，所述清洁装置对风洞试验系统中被驱动段(3)内部进行清洁处理的方法，包括：
16.根据权利要求14所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测方法，其特征在于，所述置换处理装置对清洁处理后的被驱动段(3)内部进行气体抽除和环境大气充装的方法，包括：
17.根据权利要求14所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测方法，其特征在于，所述流场污染获取装置拍摄风洞试验系统中试验段(6)内部的光谱辐射图像，并对所述光谱辐射图像进行处理，获得流场污染信息，包括：
18.根据权利要求17所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测方法，其特征在于，所述数据存储与处理装置(14)接收探测装置(8)发送的光谱辐射图像，对所述光谱辐射图像进行存储和处理，获得流场污染信息的方法，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，包括清洁装置、置换处理装置和流场污染获取装置，其中：
2.根据权利要求1所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，所述置换处理装置包括抽真空装置(11)和充气装置(12)，其中抽真空装置(11)用于被驱动段(3)内污浊气体的抽除，充气装置(12)用于被驱动段(3)内环境大气的充装。
3.根据权利要求2所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，所述抽真空装置(11)、充气装置(12)与被驱动段(3)连通的管路上安装有气动阀门，用于抽除或充装的控制。
4.根据权利要求2所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，所述置换处理装置还包括真空计(13)，所述真空计(13)用于测量被驱动段(3)内的压力。
5.根据权利要求1所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，所述流场污染获取装置包括探测装置(8)、同步装置(9)、总压传感器(10)和数据存储与处理装置(14)，其中：
6.根据权利要求5所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，所述数据存储与处理装置(14)接收探测装置(8)发送的光谱辐射图像，对所述光谱辐射图像进行存储和处理，获得流场污染信息的方法包括：
7.根据权利要求6所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，当总灰度值衰减到无气流时灰度值的2倍及以下时，流场污染忽略不计。
8.根据权利要求5所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制与检测系统，其特征在于，所述探测装置(8)包括滤波片(801)、镜头(802)和高速相机(803)，其中滤波片(801)用于污染组分的光谱辐射信息提取，镜头(802)用于试验段(6)内部目标流场的聚焦，高速相机(803)用于图像数据记录。
9.根据权利要求8所述的高焓激波风洞自由来流流场污染控制...
【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞庭，卢洪波，吴衡毅，陈勇富，陈伟，林键，纪锋，谌君谋，朱浩，
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：
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