[发明专利]基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置

说明书

本发明公开了一种基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置。该测量装置包括安装在高超声速低密度风洞的试验段上驻室的电子枪，安装在高超声速低密度风洞下驻室的法拉第杯，法拉第杯用于接收电子枪发射的电子束；电子束位于高超声速低密度风洞的喷管和扩压器之间，电子束垂直于喷管的水平轴线；ICCD相机布置在试验段的观察窗外，ICCD相机与观察窗之间还布置有凸透镜；电子枪、同步控制器、ICCD相机之间通过导线连接，ICCD相机与计算机之间通过网线连接。该测量装置是一种非接触测量装置，能够在稀薄流场速度梯度变化较大的区域进行速度场测量，获得比较密集测点的速度场分布。

技术领域

本发明属于高超声速风洞试验技术领域，具体涉及一种基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置。

背景技术

在高超声速低密度风洞中，通常采用皮托管测量方法获得流场速度，具体过程是利用稳定段总压、总温以及在流场中插入皮托管测量的皮托压力，通过正激波关系式计算得到来流马赫数，随后通过稳定段总温和来流马赫数计算得到流场静温及声速，最后通过马赫数乘以声速获得流场的速度。皮托管测量方法是接触式测量，由于皮托管尺寸较大，会对流场速度产生影响，为了尽量减小皮托管彼此影响，皮托管的测点布置只能稀疏一些，因此，皮托管测量方法不适合测量稀薄流场速度梯度变化较大的区域。

当前，亟需发展一种基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置。

本发明的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置，其特点是，所述的测量装置包括安装在高超声速低密度风洞的试验段上驻室的电子枪，安装在高超声速低密度风洞下驻室的法拉第杯，法拉第杯用于接收电子枪发射的电子束；电子束位于高超声速低密度风洞的喷管和扩压器之间，电子束垂直于喷管的水平轴线；

ICCD相机布置在试验段的观察窗外，ICCD相机与观察窗之间还布置有凸透镜；

电子枪、同步控制器、ICCD相机之间通过导线连接，ICCD相机与计算机之间通过网线连接。

进一步地，所述的电子枪的束流为1mA～5mA，电压为20kV～100kV。

进一步地，所述的同步控制器的脉冲频率为1kHz～100kHz。

进一步地，所述的观察窗和凸透镜的材质为石英光学玻璃。

本发明的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置是一种非接触测量装置，测量过程对稀薄流场无干扰，能够在流场速度梯度变化较大的区域进行速度场测量，获得比较密集测点的速度场分布。

附图说明

图1为本发明的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置的示意图(主视图)；

图2为本发明的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置的示意图(侧视图)；

图3为实施例1的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置获得的电子枪脉冲和ICCD相机同步时序图。

图4a为实施例1的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置获得的△t＝1μs、i＝2拍摄的荧光图像F2。

图4b为实施例1的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置获得的△t＝1μs、j＝6拍摄的荧光图像F6。

图5为实施例1的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置获得的喷管出口X＝100mm截面的径向速度分布图。

图6为实施例2的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置获得的喷管出口X＝100mm的荧光条纹。