[发明专利]一种发动机羽流场速度温度同步测量系统

说明书

本发明涉及一种发动机羽流场速度温度同步测量系统，其可包括、信号发生器、两个光纤放大器、两组耦合器、光电探测器、数据采集装置以及主机，其中，四个中红外激光器分成两个一组，一组用于发射分别具有针对水分子高低温敏感的不同波长的2束第一中红外激光，另一组用于发射分别具有针对二氧化碳分子高低温敏感的不同波长的2束第二中红外激光；每组光纤耦合器通过一个安装框架安装在发动机出口处，两个安装框架相互垂直，使得两组多路平行激光相互垂直；数据采集装置用于实时采集经过发动机羽流场的气态分子吸收后的光电信号并处理成相应光谱数据；主机通过内置的光谱处理软件对光谱数据进行处理，同步得到发动机羽流场的速度和温度。

技术领域

本发明涉及发动机试验测量技术领域，具体地涉及一种发动机羽流场速度温度同步测量系统。

背景技术

火箭发动机热试尾焰的温度、组分浓度的参数分布是评估火箭发动机热性能的重要指标。它可以为火箭发动机的燃烧状态分析、热防护热控设计优化和故障诊断提供量化依据。

目前火箭发动机出口温度最高为3200℃，试验过程中温度测量方式主要是热电偶和红外热像仪两种模式。其中，热电偶模式在温度上限、动态响应、精度方面都有局限性。随着高温测量上限要求的不断提高，以及对真空流场不干扰的测试需求的提出，都需要展开新模式测量技术的研究。热辐射测温方法对发动机喉部等位置进行测温时存在测试精度较低的问题，2000℃量程的测量范围可以达到20-40℃的测量误差。在发动机设计比冲已经达到极限工况的情况下，现有测温模式已不能满足热控参数测试需求。

此外，发动机羽流场的速度场是决定发动机工作的重要参考因素，为了更好地对发动机燃烧过程进行监测，需要测量发动机羽流场的速度。一般认为热态速度可高达3000m/s，常用的热线风速仪或者粒子示踪测速等方法都难以在发动机羽流场中应用。即，无法测速也就无法测量总温，难以计算发动机热力状态。因此急需一种能够同时测量发动机羽流场的速度和温度的系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种发动机羽流场速度温度同步测量系统，以解决上述问题。为此，本发明采用的技术方案如下：

一种发动机羽流场速度温度同步测量系统，其可包括：

四个中红外激光器，所述四个中红外激光分成两个一组，其中一组用于发射分别具有针对水分子高低温敏感的不同波长的2束第一中红外激光，另一组用于发射分别具有针对二氧化碳分子高低温敏感的不同波长的2束第二中红外激光；

信号发生器，所述信号发生器将2束第一中红外激光和2束第二中红外激光通过时分复用技术分别调制成一束高频第一中红外激光和一束高频第二中红外激光；

两个光纤放大器，分别用于将一束高频第一中红外激光和一束高频第二中红外激光放大至所需功率并通过光纤熔接方法分成两组多路平行激光；

两组耦合器，每组所述光纤耦合器通过一个安装框架安装在发动机出口处，两个所述安装框架相互垂直，使得两组多路平行激光相互垂直，每组所述光纤耦合器包括一一对应的多个发射端光纤耦合器和多个接收端光纤耦合器，所述发射端光纤耦合器通过光纤连接所述光纤放大器；

光电探测器，所述光电探测器通过光纤与所述接收端光纤耦合器连接；

数据采集装置，所述数据采集装置与所述光电探测器电连接，用于实时采集经过火箭发动机羽流场的气态分子吸收后的光电信号并处理成相应光谱数据；以及

主机，所述主机通过内置的光谱处理软件对光谱数据进行处理，同步得到发动机羽流场的速度和温度。

在较佳实施例中，所述信号发生器、激光器、光纤放大器、光电探测器、数据采集装置和主机集成在控制柜中。

在较佳实施例中，所述激光器为半导体激光器，其发射激光的功率为3mW，并且所述光纤放大器为EDFA光纤放大器，用于将高频中红外激光的功率放大至1W。