[发明专利]基于脉冲电子束的高超声速低密度风洞流场速度测量方法

权利要求书

1.基于脉冲电子束的高超声速低密度风洞流场速度测量方法，其特征在于，所述的测量方法是一种非接触测量方法，测量过程对稀薄流场无干扰，在流场速度梯度变化区域进行速度场测量，获得速度场分布；所述的测量方法使用的测量装置包括安装在高超声速低密度风洞的试验段(1)上驻室的电子枪(2)，安装在高超声速低密度风洞下驻室的法拉第杯(5)，法拉第杯(5)用于接收电子枪(2)发射的电子束(3)；电子束(3)位于高超声速低密度风洞的喷管(12)和扩压器(11)之间，电子束(3)垂直于喷管(12)的水平轴线；

ICCD相机(8)布置在试验段(1)的观察窗(6)外，ICCD相机(8)与观察窗(6)之间还布置有凸透镜(7)；

电子枪(2)、同步控制器(4)、ICCD相机(8)之间通过导线连接，ICCD相机(8)与计算机(10)之间通过网线(9)连接；

所述的测量方法，包括以下步骤：

a1.启动高超声速低密度风洞，建立流场，测量流场静压，直至静压低于20Pa；b1.打开电子枪(2)、同步控制器(4)、ICCD相机(8)和计算机(10)；

c1.启动同步控制器(4)，同步控制器(4)发送脉冲信号至电子枪(2)和ICCD相机(8)，电子枪(2)发射脉冲的电子束(3)，ICCD相机(8)同步拍摄脉冲的电子束(3)荧光图像并传输至计算机(10)，计算机(10)同步采集脉冲的电子束(3)荧光图像，得到荧光图像序列F1、F2、……、Fi、Fj、……Fn，n为正整数，图像序列之间的时间间隔为△t，t₀为荧光图像F1的起始拍摄时刻，两帧图像Fi和Fj之间的荧光位移距离为△L1；

d1.通过公式V1＝△L1/((j-i)×△t)得到速度V1。

2.根据权利要求1所述的基于脉冲电子束的高超声速低密度风洞流场速度测量方法，其特征在于，步骤a1～d1替换为以下步骤a2～d2：

a2.启动高超声速低密度风洞，建立流场，测量流场静压，直至静压低于20Pa；b2.打开电子枪(2)、同步控制器(4)、ICCD相机(8)和计算机(10)；

c2.启动同步控制器(4)，同步控制器(4)发送频率为f的脉冲信号至电子枪(2)和ICCD相机(8)，电子枪(2)发射脉冲的电子束(3)，ICCD相机(8)同步拍摄脉冲的电子束(3)荧光图像并传输至计算机(10)，计算机(10)同步采集脉冲的电子束(3)荧光图像，得到荧光图像F，荧光图像F上包括一系列频率为f的荧光条纹，荧光条纹之间的平均距离为△L2；

d2.通过公式V2＝△L2×f得到速度V2。

3.根据权利要求1或2所述的基于脉冲电子束的高超声速低密度风洞流场速度测量方法，其特征在于，所述的电子枪(2)的束流为1mA～5mA，电压为20kV～100kV。

4.根据权利要求1或2所述的基于脉冲电子束的高超声速低密度风洞流场速度测量方法，其特征在于，所述的同步控制器(4)的脉冲频率为1kHz～100kHz。

5.根据权利要求1或2所述的基于脉冲电子束的高超声速低密度风洞流场速度测量方法，其特征在于，所述的观察窗(6)和凸透镜(7)的材质为石英光学玻璃。