[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

说明书

本发明公开了一种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。该测量装置包括安装在试验段上驻室的电子枪，安装在下驻室的法拉第杯，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。该测量方法启动同步控制器发送脉冲信号至电子枪和ICCD相机，获得脉冲的电子束的荧光图像序列，通过两帧图像之间的荧光位移距离除以间隔时间获得速度V。该测量方法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的高超声速低密度风洞流场速度测量方法。

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的高超声速低密度风洞流场速度测量方法。

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的高超声速低密度风洞流场速度测量方法。

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。

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、同步控制器、ICCD相机和计算机；

c1.启动同步控制器，同步控制器发送脉冲信号至电子枪和ICCD相机，电子枪发射脉冲的电子束，ICCD相机同步拍摄脉冲的电子束荧光图像并传输至计算机，计算机同步采集脉冲的电子束荧光图像，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Δt，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ΔL1；

d1.通过公式V1＝ΔL1/((j-i)×Δt)得到速度V1。

进一步地，所述的步骤a1～d1可替换为以下步骤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、同步控制器、ICCD相机和计算机；

c2.启动同步控制器，同步控制器发送频率为f的脉冲信号至电子枪和ICCD相机，电子枪发射脉冲的电子束，ICCD相机同步拍摄脉冲的电子束荧光图像并传输至计算机，计算机同步采集脉冲的电子束荧光图像，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ΔL2；

d2.通过公式V2＝ΔL2×f得到速度V2。