[发明专利]一种基于电子束荧光的高超声速低密度风洞流场显示方法

说明书

本发明公开了一种基于电子束荧光显示高超声速低密度风洞流场的方法。高超声速低密度风洞的试验段沿流场方向从前至后依次为喷管、支撑装置和扩压器，模型安装在支撑装置上，电子枪安装在高超声速低密度风洞的试验段顶部，法拉第杯安装在试验段底部，试验段的侧面开有观察窗，相机置于观察窗的外部。该方法启动高超声速低密度风洞设备，测量高超声速低密度风洞的试验段的静压，直至静压低于20Pa；打开电子枪，电子枪发射的电子束竖直穿过模型的前方流场；启动高超声速低密度风洞，建立高超声速低密度流场；观察模型的流场结构，待流场结构稳定后，相机拍照。该方法能够清晰的显示模型的流场结构，为分析模型的气动特性提供支持。

技术领域

本方法属于高超声速低密度风洞试验技术领域，具体涉及一种基于电子束荧光的高超声速低密度风洞流场显示方法。

背景技术

高超声速低密度流场的静压通常在20Pa以下或静密度在2×10-4kg/m³以下，由于流场密度低，常规的光学测量方法如阴影仪、纹影仪无法显示流场结构。目前通常采用辉光放电技术进行高超声速低密度流场显示，但是利用辉光放电技术拍摄的流场显示照片无法显示高超声速低密度流场的激波波系结构细节。

当前，亟需发展一种更加清晰的适用于高超声速低密度流场的流动显示技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于电子束荧光的高超声速低密度风洞流场显示方法。

本发明的基于电子束荧光的高超声速低密度风洞流场显示方法适用于高超声速低密度风洞，高超声速低密度风洞的试验段沿流场方向从前至后依次为喷管、支撑装置和扩压器，模型安装在支撑装置上，电子枪安装在高超声速低密度风洞的试验段顶部，法拉第杯安装在试验段底部，试验段的侧面开有观察窗，相机置于观察窗的外部；

所述的方法包括以下步骤：

a.启动高超声速低密度风洞设备，测量高超声速低密度风洞的试验段的静压，直至静压低于20Pa；

b.打开电子枪，电子枪发射的电子束竖直穿过模型的前方流场后，被置于试验段底部的法拉第杯收集；

c.启动高超声速低密度风洞，建立高超声速低密度流场；

d.观察模型的流场结构，待流场结构稳定后，相机拍照。

所述的电子枪产生的电子束的能量范围为20keV～50keV，电子束的束流范围为1mA～10mA。

所述的电子枪产生的电子束为静态电子束或者动态电子束；所述的静态电子束为电子束在风洞试验过程中保持直线竖直穿过试验段的流场；所述的动态电子束为电子束在风洞试验过程中扇形摆动，扇形摆动的频率为50Hz～200Hz，扇形的顶角范围为-30°～30°。

本发明的基于电子束荧光的高超声速低密度风洞流场显示方法中的喷管产生高超声速低密度流场后，通过真空计测量试验段的静压，在静压20Pa以下或静密度在2×10^-4kg/m³以下时，启动电子枪，电子枪发射一束能量范围为20keV～50keV的高能电子束，高能电子束与稀薄气体相互作用后，激发稀薄气体至高能态激发态，当高能态激发态气体回到基态时产生荧光，荧光随着高超声速低密度流场运动，能够清晰的显示模型的流场结构；扩压器收集高超声速低密度气流进入真空系统，保持试验段的静压稳定；法拉第杯收集穿过流场后的高能电子束，既降低射线产生，又避免了高能电子束烧损试验段内的其他设备。

本发明的基于电子束荧光的高超声速低密度风洞流场显示方法适合于静压20Pa以下或静密度在2×10^-4kg/m³以下的稀薄流场，该方法能够清晰的显示模型的流场结构，为分析模型的气动特性提供支持。本发明的基于电子束荧光的高超声速低密度风洞流场显示方法具有方法简单，操作方便，设备易更换，易维护的优点。