[发明专利]基于脉冲放电的高超稀薄流场时空演化诊断装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于脉冲放电的高超稀薄流场时空演化诊断装置及方法，该装置包括脉冲触发器、脉冲功率电源、储能电容、限流电阻、针形放电电极、脉冲序列控制器、ICCD相机及其控制器等组成。该技术通过非接触光学方法，揭示高超稀薄流场的精细结构及其连续时间演化过程。利用针‑针电极进行脉冲放电，一方面，线状发光流注显示流场的局部剖面或流线，提高流场诊断的空间分辨率；另一方面，在微纳秒尺度上获取流场瞬时结构，根据不同脉冲时间下获取的瞬时图像，揭示流场的时间演化过程，获得极高的流场诊断时间分辨率。

技术领域

本发明涉及一种非接触流场诊断技术，具体涉及一种基于脉冲放电的高超稀薄流场时空演化诊断装置及方法，其应用于获取高超稀薄流场的精细结构及其连续时间演化过程。

背景技术

高超声速飞行器需要在临近空间，尤其在40~100km的高度的稀薄空气中，做出变轨、再入、分离等机动动作。各航空航天打过均把高超声速稀薄流动、临近空间飞行复杂绕流现象等作为高超声速飞行器研制所需解决的核心基础科学问题。

如何准确可靠地研究解决高超声速飞行器在稀薄流域的复杂气动问题，尤其是流场的精细结构及其连续时间演化过程，一直是流体力学领域面临的挑战。进行地面风洞试验模拟的有效手段之一是非接触光学流场显示技术，其可以不干扰流场而实现流场结构（甚至瞬时脉动）的显示。在高超稀薄流场中，常用的光学阴影、纹影、干涉等方法因流场平均密度和变化量太小而存在灵敏度极限；通过添加微/纳米示踪粒子的PIV/NPLS方法，或荧光示踪粒子的激光诱导荧光法等，则因粒子跟随性和分布均匀性等也不再适用。

目前显示高超稀薄流场的办法是适当的在流场中施加额外能量，主要有电子束荧光法和辉光放电法。两者分别通过电子束或电场激发流场中的气体分子，使其产生辐射发光，且发光强度与气体密度相关，进而可用于显示流场中的密度变化。然而，这两种方法获得的流场均为整个流场发光路径上的时间和空间积分结果，无法获得流场局部精细结构的连续时间演化过程。

发明内容

针对上述问题，本发明提出基于脉冲放电的高超稀薄流场时空演化诊断装置及方法，通过非接触光学方法，揭示高超稀薄流场的精细结构及其连续时间演化过程。

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于脉冲放电的高超稀薄流场时空演化诊断装置，包括：

位于风洞试验段内的相对设置的针形放电电极，其位于风洞喷管和试验模型之间；

位于风洞试验段外的脉冲放电产生装置，其包括：

脉冲序列控制器；

与脉冲序列控制器连接的脉冲触发器和脉冲功率电源；所述脉冲功率电源分别连接至相对设置的针形放电电极上；

限流电阻，其串联连接在脉冲功率电源与针形放电电极之间；

储能电容，其与所述针形放电电极并联连接；

位于风洞试验段外的ICCD相机，其与脉冲序列控制器连接，且所述ICCD相机的镜头朝向与试验模型垂直；所述ICCD相机连接ICCD控制器。

优选的是，所述相对设置的针形放电电极位于风洞喷管的前侧外沿。

优选的是，所述相对设置的针形放电电极可活动设置在风洞试验段内且位于风洞喷管和试验模型之间。

优选的是，所述风洞试验段上设置有光学窗口，所述ICCD相机的镜头朝向光学窗口且与试验模型垂直。