[发明专利]一种高焓流场自由流的速度测量方法

说明书

本发明涉及一种高焓流场自由流的速度测量方法，属于高焓流场参数诊断领域；步骤一、搭建可调谐二极管激光器吸收光谱测量系统；步骤二、进行激光探测试验；工作站获得2个分路激光的光谱信号；步骤三、获得多项式方程，并将多项式方程导入工作站；步骤四、每个分路激光的光谱信号的频域‑吸收率曲线；步骤五、计算偏差值；计算高焓流场速度值；本发明通过搭建可调谐二极管激光器吸收光谱测量系统，并结合直接吸收光谱原理和多普勒频移效应，将经过高焓流场发生吸收的激光进行计算处理，得到高焓流场的速度参数，解决了现有技术针对高焓流场速度参数无法测量的问题。

技术领域

本发明属于高焓流场参数诊断领域，涉及一种高焓流场自由流的速度测量方法。

背景技术

在超高速飞行状态下的航天飞行器，由于强激波作用，气体被急剧加热。此时飞行器周围气体焓值急剧上升。这使得气体的物理特性发生改变，严重影响飞行器的流场和气动特性。因此，高焓气体流动研究成为关注的重点。

目前，高焓激波风洞常被用来模拟高焓流场。虽然该类风洞可以模拟出较高的压力和焓值的流场，但是其模拟出的流场环境与真实飞行环境存在一定的差别。因此，对模拟的高焓流场进行流场参数诊断尤为重要。

目前常用于流场测速的方法主要有皮托管、热线风速仪等接触式方法和PIV等示踪类方法。接触式方法易干扰待测流场，高温下的测量精度难以保证。示踪类方法需要在流场中添加失踪粒子，在高焓条件下，示踪粒子可能发生燃烧，严重影响待测流场。

由于高焓激波风洞模拟出的有效高焓流场高温、高压并且有效时间仅有几毫秒。因此，传统的传感器测量等试验手段和方法不再适用。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种高焓流场自由流的速度测量方法，通过搭建可调谐二极管激光器吸收光谱测量系统，并结合直接吸收光谱原理和多普勒频移效应，将经过高焓流场发生吸收的激光进行计算处理，得到高焓流场的速度参数，解决了现有技术针对高焓流场速度参数无法测量的问题。

本发明解决技术的方案是：

一种高焓流场自由流的速度测量方法，包括如下步骤：

步骤一、搭建可调谐二极管激光器吸收光谱测量系统，包括DFB近红外激光器、激光分束器、信号发生器、激光控制器、4条传输光纤、上垂直准直镜、上倾斜准直镜、下垂直准直镜、下倾斜准直镜、2个探测器和工作站；其中，上垂直准直镜、上倾斜准直镜、下垂直准直镜、下倾斜准直镜设置在高焓流场均匀区内；

步骤二、设置信号发生器的输出激光频率和占空比；通过可调谐二极管激光器吸收光谱测量系统进行激光探测试验；工作站获得2个分路激光的光谱信号；

步骤三、激光探测试验结束，对可调谐二极管激光器吸收光谱测量系统进行干涉仪标定；获得多项式方程，并将多项式方程导入工作站；

步骤四、在每个分路激光的光谱信号中查找带有吸收峰的谐波曲线，采用基线拟合法，根据谐波曲线未吸收部分拟合出谐波基线；计算谐波曲线与谐波基线时域下的吸收率-时间曲线；将吸收率-时间曲线中的时间坐标代入多项式方程，得到每个分路激光的光谱信号的频域-吸收率曲线；

步骤五、使用Voigt函数分别对2路光谱信号的频域-吸收率曲线进行拟合，获得2路光谱信号最大吸收率处的频率值V₁和V₂；由于多普勒频移效应，2路光谱信号最大吸收率处的频率值存在偏差，计算偏差值ΔV；计算高焓流场速度值U。