[发明专利]一种适用于风洞试验段的大口径纹影系统在审

专利信息
申请号: 201910407803.1 申请日: 2019-05-15
公开(公告)号: CN110132524A 公开(公告)日: 2019-08-16
发明(设计)人: 朱涛;谢永军;陈磊;赵卫;徐翔;徐崧博;李四新;王鹏;马晓宇;任尚杰;许晓斌;屈恩世;章起华;胡永明;杨波;范孝华 申请(专利权)人: 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所;中国科学院西安光学精密机械研究所
主分类号: G01M9/06 分类号: G01M9/06
代理公司: 西安智邦专利商标代理有限公司 61211 代理人: 郑丽红
地址: 621000 *** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 纹影 密封 主反射镜 镜筒 后观察窗 前观察窗 试验舱 入射 准直 风洞试验段 成像系统 光源系统 大口径 系统灵敏度 背景照度 观测系统 光线反射 依次设置 侧面 大窗口 均匀性 穿过 玻璃
【说明书】:

发明涉及一种适用于风洞试验段的大口径纹影系统,解决了现有纹影观测系统采用大窗口玻璃,导致系统灵敏度和背景照度均匀性下降以及高成本的问题。该系统包括光源系统、密封前观察窗、准直主反射镜、纹影系统、纹影主反射镜、密封后观察窗和成像系统;纹影系统包括依次设置的密封前纹影镜筒、试验舱、密封后纹影镜筒;密封前观察窗设置在密封前纹影镜筒的侧面,密封后观察窗设置在密封后纹影镜筒的侧面;光源系统的光线穿过密封前观察窗入射到准直主反射镜,经过准直主反射镜的光线经过密封前纹影镜筒进入试验舱,经过试验舱气流后通过密封后纹影镜筒入射到纹影主反射镜,纹影主反射镜将光线反射,通过密封后观察窗后入射到成像系统。

技术领域

本发明涉及气动光学技术领域的纹影观测系统,具体涉及一种适用于风洞试验段的大口径纹影系统。

背景技术

纹影观测系统利用光在被测流场中折射率梯度正比于流场气流密度的原理,将流场中密度梯度的变化转变为记录平面上相对光强的变化,使流场密度变化区域成为可观察、可分辨的图像,从而被记录下来。在风洞试验中,纹影系统广泛用于显示风洞模型流场结构,测试区域流场密度的变化特性,具有操作简单和稳定性高等特点。

随着现代高超声速飞行器的发展,其尺寸越来越大,对纹影系统的流场显示范围要求也提高到Φ1m级水平。Φ1m级口径的纹影系统,属于超大型纹影系统。传统纹影系统中,光线要穿过安装在风洞试验段壁上的两块窗口玻璃,窗口玻璃材料内部折射率梯度的不均匀性和面形上的加工缺陷都将以噪声的形式出现在纹影图像中,导致纹影系统灵敏度和背景照度均匀性下降。窗口玻璃越大,其折射率梯度均匀性以及面形加工质量就越难以保证。此外,窗口玻璃需承受风洞试验时产生的载荷,使得玻璃口径越大其厚度越大,而厚度越大的玻璃材料退火时间越长,安全风险越高。Φ1m级口径以上纹影窗口玻璃材料生产和加工风险都很高,中国尚无满足需求的产品。进口高性能高均匀性大口径窗口玻璃价格十分昂贵,如果使用,承担纹影系统建设1/3成本,成本巨大。因此,无论是大口径纹影窗口玻璃材料的生产加工难度,还是价格成本都限制了大型纹影系统的发展。

发明内容

本发明的目的是解决现有纹影观测系统采用大窗口玻璃,从而导致纹影系统灵敏度和背景照度均匀性下降以及高成本的问题,提供一种适用于风洞试验段的大口径纹影系统。该系统能够避免使用大口径窗口玻璃,减小因大口径窗口玻璃材料不均匀性及加工缺陷导致的纹影系统灵敏度和背景照度均匀性下降的缺陷,大大的降低了纹影系统的建设成本,提升其安全可靠性。

本发明的技术方案是:

一种适用于风洞试验段的大口径纹影系统,包括光源系统、密封前观察窗、准直主反射镜、纹影系统、纹影主反射镜、密封后观察窗和成像系统;所述纹影系统包括依次设置的密封前纹影镜筒、试验舱、密封后纹影镜筒;所述密封前观察窗设置在密封前纹影镜筒的侧面,所述密封后观察窗设置在密封后纹影镜筒的侧面;光源系统发出的光线穿过密封前观察窗入射到准直主反射镜,经过准直主反射镜准直后的光线经过密封前纹影镜筒进入试验舱,经过试验舱气流后通过密封后纹影镜筒入射到纹影主反射镜,纹影主反射镜将光线反射,通过密封后观察窗后入射到成像系统。

进一步地,所述密封前观察窗为小尺寸密封前观察窗,其口径小于有效流场显示范围的1/10。

进一步地,所述密封后观察窗为小尺寸密封后观察窗,其口径小于有效流场显示范围的1/10。

进一步地,所述密封前纹影镜筒和试验舱通过密封波纹管连接,所述试验舱和密封后纹影镜筒通过密封波纹管连接。

进一步地,所述光源系统包括依次设置的超高亮度LED灯、聚光透镜组、狭缝、第一平面反射镜。

进一步地,所述聚光透镜组光轴、狭缝中心,第一平面反射镜中心同轴设置。

进一步地,所述狭缝为“口”字型狭缝。

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