【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于风洞试验，具体涉及一种超高速流动边界层速度型面显示装置及显示试验方法。
技术介绍
1、超高速流动边界层速度分布的准确测量和诊断对新型超高速飞行器的发展及超高速复杂流动现象的研究都具有重要的学术意义和工程价值，然而相比于低速和高速流动，超高速流动边界层速度分布的测量要困难得多，目前还不具备非常成熟的测量方法。
2、当前，亟需发展一种超高速流动边界层速度型面显示装置及显示试验方法。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的一个技术问题是提供一种超高速流动边界层速度型面显示装置，本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种超高速流动边界层速度型面显示试验方法。
2、本专利技术的超高速流动边界层速度型面显示装置包括纳秒级脉冲电源、放电电极、时序控制器、高速相机、放电参数采集设备和数据处理计算机；放电电极包括放电阴极和放电阳极；放电参数采集设备包括电压传感器、电流传感器和示波器；
3、试验模型放置在风洞试验段的喷管和扩压器之间；放电阴极为针形电极，嵌入试验模型并与试验模型绝缘，放电阴极上端的针尖与试验模型表面平齐，上端的针尖直径小于1mm，放电阴极上端的针尖构成点电极ⅰ，点电极ⅰ不破坏试验模型表面的流场结构；放电阳极也为针形电极，放置在试验模型的上方，顶面和侧面均绝缘，下端的针尖直径小于1mm，下端的针尖构成点电极ⅱ；点电极ⅰ和点电极ⅱ相对，点电极ⅰ和点电极ⅱ之间的连线垂直于试验模型的表面，垂直距离大于30mm；
4、纳秒级脉冲电源
5、进一步地，所述的纳秒级脉冲电源的放电脉冲宽度为150ns~250ns，其中脉冲上升时间和下降时间均为50ns，脉冲顶宽50~150ns，脉冲电压峰值最高20kv，脉冲放电频率最高100khz；放电脉冲宽度、脉冲电压峰值和脉冲放电频率可调。
6、进一步地，所述的高速相机的曝光时间最短1μs，可实现流场结构的瞬时“冻结”和显示。
7、进一步地，所述的数据处理计算机的数据处理软件用于分析放电参数，还用于对放电荧光图像进行图像滤波和图像增强。
8、本专利技术的超高速流动边界层速度型面显示试验方法，包括以下步骤：
9、s10.安装超高速流动边界层速度型面显示装置，具体过程如下：
10、s11.将试验模型和放电阳极安装在风洞试验段的超高速流场均匀区；放电阳极正对试验模型的放电阴极；
11、s12.将纳秒级脉冲电源、时序控制器、高速相机、放电参数采集设备安装在风洞试验段外；
12、s13.搭建放电电路，进行纳秒级脉冲电源、放电阴极和放电阳极接线；
13、s14.调试时序控制器、高速相机和放电参数采集设备；
14、s20.设置超高速流动边界层速度型面显示装置的试验参数，具体过程如下：
15、s21.设置纳秒级脉冲电源的放电脉冲宽度、上升时间、下降时间、脉冲电压峰值、脉冲数量和触发方式；
16、s22.设置高速相机的曝光时间、触发方式、延迟时间和增益；
17、s23.设置示波器的采集频率和显示范围；
18、s24.设置时序控制器的触发脉冲幅值、占空比、触发延时和触发频率；
19、s30.进行超高速流动边界层速度型面显示试验，具体过程如下：
20、s31.启动超高速风洞，建立超高速流场，直至超高速流场稳定；
21、s32.数据处理计算机控制超高速流动边界层速度型面显示装置自动进行脉冲放电，激发气体放电，形成线状等离子体荧光流柱，同时进行放电参数采集、放电荧光图像采集；
22、s32.试验完成，停止脉冲放电及数据采集，关闭超高速风洞；
23、s40.分析和处理试验数据，获得超高速流动边界层速度型面显示图像。
24、进一步地，所述的纳秒级脉冲电源的脉冲放电间隔时间小于线状等离子体荧光流柱寿命，通过连续高频脉冲放电产生的多个放电通道形成对应的多条线状荧光，多条线状荧光共同显示边界层速度型面的时空演变规律。
25、本专利技术的超高速流动边界层速度型面显示装置及显示试验方法，通过纳秒级短脉冲高压激励在针形电极之间形成了等离子体流柱并发出线状荧光，得到了线状等离子体荧光流柱，等离子体随超高速气流向下游运动，由于粘性的作用，在靠近试验模型表面的位置，等离子体的横向（模型表面的切线方向）运动速度为0，而在远离试验模型表面的位置，等离子体的横向运动速度逐渐增大，直至接近于来流速度的切向分量，使得线状等离子体荧光流柱的形态发生变化，通过观察线状等离子荧光位置随时间的变化，能够揭示超高速流动的时空演变规律。
26、虽然，线状等离子体荧光流柱随超高速气流向下游运动过程中伴随着等离子体的湮灭，但是如果高频脉冲放电的脉冲间隔时间小于等离子体荧光寿命，下一个脉冲激励（除第一个脉冲）到来之时，由上一个脉冲（甚至更早的脉冲）产生的线状等离子体荧光流柱尚未完全消失，使得高频脉冲放电除了在两个针形电极之间通过最短路径形成放电通道外，还在流场下游形成了其它放电通道，从而形成了多个线状等离子体荧光流柱，显示多个位置的速度型面，也即速度型面的时空演变规律。
27、总而言之，本专利技术的超高速流动边界层速度型面显示装置及显示试验方法，在超高速流场中垂直于试验模型表面的方向采用两个相对布置的针形电极作为放电装置，放电阴极嵌入试验模型中并与试验模型表面平齐，采用纳秒级脉冲电源作为激励驱动针形电极进行脉冲放电，在超高速流场中产生等离子体流柱，在电极间形成线状荧光；通过高频脉冲放电在超高速流场中形成多条线状等离子体荧光流柱，采用高速相机捕捉原始放电荧光图像，并处理成边界层速度型面图片。边界层速度型面图片显示了放电等离子体随超高速气流的移动规律，能够根据图像中的线状等离子体荧光流柱之间的时间和位置关系获得超高速流动边界层速度型面及其时空演变规律，实现模型表面附近边界层速度分布的测量，具有工程实用价值。
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1.超高速流动边界层速度型面显示装置，其特征在于，所述的超高速流动边界层速度型面显示装置包括纳秒级脉冲电源（1）、放电电极（2）、时序控制器（5）、高速相机（6）、放电参数采集设备（7）和数据处理计算机（8）；放电电极（2）包括放电阴极（201）和放电阳极（202）；放电参数采集设备（7）包括电压传感器（701）、电流传感器（702）和示波器（703）；
2.根据权利要求1所述的超高速流动边界层速度型面显示装置，其特征在于，所述的纳秒级脉冲电源（1）的放电脉冲宽度为150ns~250ns，其中脉冲上升时间和下降时间均为50ns，脉冲顶宽50~150ns，脉冲电压峰值最高20kV，脉冲放电频率最高100kHz；放电脉冲宽度、脉冲电压峰值和脉冲放电频率可调。
3.根据权利要求1所述的超高速流动边界层速度型面显示装置，其特征在于，所述的高速相机（6）的曝光时间最短1μs。
4.根据权利要求1所述的超高速流动边界层速度型面显示装置，其特征在于，所述的数据处理计算机（8）的数据处理软件用于分析放电参数，还用于对放电荧光图像进行图像滤波和图像增强。
...【技术特征摘要】
1.超高速流动边界层速度型面显示装置，其特征在于，所述的超高速流动边界层速度型面显示装置包括纳秒级脉冲电源（1）、放电电极（2）、时序控制器（5）、高速相机（6）、放电参数采集设备（7）和数据处理计算机（8）；放电电极（2）包括放电阴极（201）和放电阳极（202）；放电参数采集设备（7）包括电压传感器（701）、电流传感器（702）和示波器（703）；
2.根据权利要求1所述的超高速流动边界层速度型面显示装置，其特征在于，所述的纳秒级脉冲电源（1）的放电脉冲宽度为150ns~250ns，其中脉冲上升时间和下降时间均为50ns，脉冲顶宽50~150ns，脉冲电压峰值最高20kv，脉冲放电频率最高100khz；放电脉冲宽度、脉冲电压峰值和脉冲放电频率可调。
3.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王杰，邱华诚，杨彦广，皮兴才，
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，
类型：发明
国别省市：
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