[发明专利]一种大尺度空间下PLIF测量方法

说明书

本发明提出一种大尺度空间下PLIF测量方法，该系统包括以下模块：1荧光激发光源、2荧光探测系统、3同步控制系统、4系统软件、5辅助配件。针对大尺度空间应用的系统设备布局以及光路传输问题、系统在开放环境应用的安全防护问题，提出定制倍频装置代替传统系统自带倍频机构的方案、提高光源倍频转换效率；同时自研配备灵活的光路传输机构移动平台用来放置系统主体设备。总之，通过合理的布局设计以及硬件定制配置，使得本项目配备的PLIF系统能够通过简易的布局变更，以适用大尺度场景的应用，打破了传统PLIF系统实验室应用的局限。通过本发明极大提高了大尺度空间下PLIF系统的探测准确性。

技术领域

本发明涉及液体火箭发动机试验排气流场参数测量领域，特别涉及一种PLIF测量中解决大尺度空间问题的装置及方法。

背景技术

PLIF是一种用于燃烧诊断的非接触诊断技术，非接触光学诊断在层流、湍流、反应流、高温流、低温流、稀薄流、超音速流以及高超音速流都可以应用。PLIF技术对液体火箭发动机羽流参数的诊断非常重要，其测量结果可以为发动机燃烧理论模型、数值模拟研究提供必要的量化依据。

PLIF技术通过采用激光源对羽流流场进行诊断，得到典型组分浓度分布，比如OH等，根据这种典型组分浓度分布的最大值可以得到流场中平均化学反应边界，从而得到不同的化学反应区，另外根据组分的温度和浓度分布，得到瞬时组分数密度分布等重要试验参数，为流场诊断、燃烧效率分析、羽流污染防治也都提供了必要的数据支持。

然而在实际液体火箭发动机羽流试验进行PLIF测量应用中，存在着大尺度远距离传输-激光能量衰减、开阔环境的PLIF设备的安全防护问题：(1)为了实现羽流试验发动机燃烧羽焰保形的试验目的，一般羽流试验的真空舱直径较大(＞6.5m)，势必造成激光传输的衰减以及片光尺度对能量密度的影响，而羽流场的燃烧产物NO、OH、CH浓度因真空条件而稀释，对高激光强度需求大，激光传输的衰减势必造成获取信号弱，无法正常测量的后果；(2)羽流试验过程中，PLIF设备将处在发动机试验台内真空舱近距离的开放环境中，需要可靠的安全防护装置才能确保系统能够长期安全稳定工作。因此，本专利拟从光源、传输、布局、应用几个方面提出解决应用问题的一种新方法。通过合理的布局设计以及硬件定制配置，使得本项目配备的PLIF系统能够通过简易的布局变更，以适用大尺度场景的应用，打破了传统PLIF系统实验室应用的局限。

发明内容

本发明提出一种大尺度空间下PLIF测量方法，在传统燃烧场PLIF测量系统构建的基础上，针对液体火箭发动机羽流试验真空舱环境尺寸大、布局广的问题，提供了一种解决激光传输衰减和安全防护问题的解决手段。

本发明的系统组成及布局如图1、2所示：

1、荧光激发光源：根据不同的组分测试需求，产生不同波长的激光，实现荧光的激发。

2、荧光探测系统：具备超短曝光快门，实现纳秒时间尺度的信号探测。

3、同步控制系统：控制系统与外设以及系统内部硬件的工作时序，确保探测系统能够捕捉到测试应用所需要的荧光信号。

4、系统软件：主要用于控制系统硬件的协同工作，实现荧光探测数据的可视化。同时，根据特定的需求，实现诸如荧光图像的简单处理，测试数据分析等其它定制功能。

5、辅助配件：用于为系统可靠运行提供保障，主要包括用于系统设备安置的光学平台或者移动平台、系统调试过程中使用的能量计及波长计、系统测试标定用的平面火焰炉以及特殊环境应用的系统防护装置等等。

针对大尺度应用的系统设备空间布局以及设备置及光路传输问题、系统在开放环境应用的安全防护问题，具体采取的改进措施如下：

1、针对羽流试验真空舱设备大尺度布局问题进行的优化设计：