【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃烧流场测量领域，具体地，涉及同步获取燃烧流场总温和马赫数线分布的光学试验系统及试验方法。
技术介绍
1、超声速燃烧领域，总温是反映燃烧效率和流动状态的重要参数，马赫数分布的捕捉、尤其是声速线的捕捉是准确获取吸气式发动机热力喉道位置的必要条件。同步获得多点位的总温总压可有效评估发动机的总体性能。如今测量总温的试验方法以接触式的总温探针为主，该方法有2个特征，一是单点测量，无法获得平面内的总温，二是侵入流场破坏超声速流动结构，动探针这种接触式的方式对超声速流场结构的影响十分明显，会引起不必要的斜激波，进而影响探针所在当地和下游的流动、燃烧状态，导致测量结果不准确。现有技术中缺少能够同时测量超声速燃烧流场二维平面内马赫数和总温的光学试验系统。
技术实现思路
1、本专利技术目的为提供一种同时测量超声速燃烧流场二维平面内马赫数和总温的光学试验方法。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了同步获取燃烧流场总温和马赫数线分布的光学试验系统，所述系统包括：
3、测量对象，测量对象为超声速燃气流场；
4、二维静温测量模块，用于产生及控制能够被测量对象吸收的激光，接收被测量对象吸收后的激光光谱信息，基于激光光谱信息获得测量对象的平面区域的静温测量结果；
5、线速度测量模块，用于产生脉冲激光，对脉冲激光进行聚焦后标记水分子的空间位置，获得标记线；以及用于获得薄片激光，利用薄片激光对标记后的水分子分解物进行激发；以及用于对标记后的水分子
6、控制模块，用于对二维静温测量模块和线速度测量模块进行时序控制，以及用于基于平面区域的静温测量结果和标记线的速度信息，计算获得超声速燃烧流场二维平面内的总温和马赫数测量结果。
7、其中，本专利技术通过多光路组网发射-探测的方式，获得二维平面平行四边形组网区域内的静温分布，在获取静温分布的区域内，通过另外一路空间激光标记流场中燃烧中间产物的方式，记录被标记线段上的流场速度。在同时获取流场静温和速度的基础上，根据燃气的静温、速度、声速、总温和马赫数之间的关系，为超声速吸气式发动机提供一种同步获取超声速燃烧流场二维平面内总温和马赫数的线分布的光学试验系统。
8、优选的，所述二维静温测量模块包括：第一激光器组、第二激光器组、第一探测器组、第二探测器组、激光控制器、工控机和监视器；
9、激光控制器用于控制第一激光器组和第二激光器组，第一激光器组用于发出若干互相平行的能够被测量对象吸收的固定波段的激光，第一探测器组用于接收第一激光器组所发激光被测量对象吸收后的激光光谱信息；第二激光器组用于发出若干互相平行的能够被测量对象吸收的固定波段的激光，第二探测器组用于接收第二激光器组所发激光被测量对象吸收后的激光光谱信息；工控机用于记录和处理采集到的激光光谱信息，计算获得测量对象的平面区域的静温测量结果；监视器用于实时监测激光光谱信息和数据后处理。
10、优选的，第一激光器组和第二激光器组均包括n个并行排列的激光器，第一探测器组和第二探测器组均包括n个并行排列的探测器；第一激光器组和第二激光器组均发出n束平行的激光，其中，第一激光器组发出的任意一束激光均与第二激光器组所发出n束激光均相交，第一激光器组所发出的激光与第二激光器组所发出的激光的所有交点均位于同一平面内，n为大于1的整数。
11、优选的，线速度测量模块包括：193nm准分子激光器、yag激光器、dye激光器、第一聚焦镜组、片光镜组、示波器、iccd和电脑；
12、193nm准分子激光器用于产生中心波长为193nm的脉冲激光，该脉冲激光用于标记水分子的空间位置；yag激光器用于产生中心波长为532nm的脉冲激光；dye激光器用于对532nm波段的脉冲激光进行处理，输出中心波长为282nm的脉冲激光，该脉冲激光用于对标记后的水分子分解物进行激发；第一聚焦镜组对193nm波段脉冲激光进行聚焦，聚焦后的193nm波段脉冲激光射向测量对象对应平面区域的中心；片光镜组用于对282nm波段脉冲激光进行处理在测量对象所在区域形成薄片激光；iccd用于成像，将193nm波段脉冲激光标记的物质经过282nm波段脉冲激光激发后，在已知的时刻点下进行记录；示波器用于可视化193nm波段脉冲激光和282nm波段脉冲激光以及iccd之间的时序关系；电脑用于基于iccd记录的数据和时刻数据计算获得标记线的速度信息。
13、优选的，所述线速度测量模块还包括：第一全反射镜、第二全反射镜和第二聚焦镜组；193nm准分子激光器产生的中心波长为193nm的脉冲激光经所述第一全反射镜反射后射入所述第一聚焦镜组；dye激光器输出的中心波长为282nm的脉冲激光经过所述第二全反射镜反射后射入所述第二聚焦镜组，282nm波段脉冲激光经过第二聚焦镜组聚焦后射入所述片光镜组。
14、优选的，控制模块包括：时序控制器和处理器；时序控制器用于对二维静温测量模块和线速度测量模块进行时序控制，处理器用于计算获得超声速燃烧流场二维平面内的总温和马赫数测量结果。
15、优选的，根据燃气的静温、速度、声速、总温和马赫数之间的关系，采用以下计算公式，超声速燃烧流场二维平面内的总温和马赫数的计算方式为：
16、
17、t*＝t·(1+0.165·ma2)；
18、其中，c为声速，t为静温，ma为马赫数，v为速度，t*为总温。
19、本专利技术提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
20、本专利技术提供了一种同步获取燃烧流场总温和马赫数双参数线分布的光学试验系统，其最大特点是：实现了非接触测量，对流场本身无干扰，可在不侵扰流场的前提下获取流场信息，测量结果准确；实现了线测量，将传统的点测量进行了有效拓展，使得点测量无法达到的发动机热力喉道的位置识别成为可能，能够同时测量超声速燃烧流场二维平面内马赫数和总温。
21、本专利技术还提供了同步获取燃烧流场总温和马赫数线分布的光学试验系统的试验方法，所述方法包括：
22、步骤1：搭建试验系统；
23、步骤2：对试验系统中的各部件进行连接；
24、步骤3：开启试验系统中的设备；
25、步骤4：调整第一激光器组和第一探测器组之间的相对位置，使四路激光信号都能被相对应的探测器探测到；
26、步骤5：调整第二激光器组和第二探测器组之间的相对位置，使四路激光信号都能被相对应的探测器探测到，并使其与第一激光器组和第一探测器组共面；
27、步骤6：打开193nm准分子激光器，调整第一全反射镜和第一聚焦镜组，使激光在流场被测位置聚焦，并使193激光穿过流场时与步骤4和步骤5的组网激光共面；
28、步骤7：打开nd:yag激光器和dye激光器，使其正常出光。调整第二全反射镜、第二聚焦透镜本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.同步获取燃烧流场总温和马赫数线分布的光学试验系统，其特征在于，所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的同步获取燃烧流场总温和马赫数线分布的光学试验系统，其特征在于，所述二维静温测量模块包括：第一激光器组、第二激光器组、第一探测器组、第二探测器组、激光控制器、工控机和监视器；
3.根据权利要求2所述的同步获取燃烧流场总温和马赫数线分布的光学试验系统，其特征在于，第一激光器组和第二激光器组均包括N个并行排列的激光器，第一探测器组和第二探测器组均包括N个并行排列的探测器；第一激光器组和第二激光器组均发出N束平行的激光，其中，第一激光器组发出的任意一束激光均与第二激光器组所发出N束激光均相交，第一激光器组所发出的激光与第二激光器组所发出的激光的所有交点均位于同一平面内，N为大于1的整数。
4.根据权利要求1所述的同步获取燃烧流场总温和马赫数线分布的光学试验系统，其特征在于，线速度测量模块包括：193nm准分子激光器、YAG激光器、Dye激光器、第一聚焦镜组、片光镜组、示波器、ICCD和电脑；
5.根据权利要求4所述的同步获取燃烧流场总温
6.根据权利要求1所述的同步获取燃烧流场总温和马赫数线分布的光学试验系统，其特征在于，控制模块包括：时序控制器和处理器；时序控制器用于对二维静温测量模块和线速度测量模块进行时序控制，处理器用于计算获得超声速燃烧流场二维平面内的总温和马赫数测量结果。
7.根据权利要求1所述的同步获取燃烧流场总温和马赫数线分布的光学试验系统，其特征在于，超声速燃烧流场二维平面内的总温和马赫数的计算方式为：
8.一种同步获取燃烧流场总温和马赫数线分布的光学试验方法，其特征在于，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
1.同步获取燃烧流场总温和马赫数线分布的光学试验系统，其特征在于，所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的同步获取燃烧流场总温和马赫数线分布的光学试验系统，其特征在于，所述二维静温测量模块包括：第一激光器组、第二激光器组、第一探测器组、第二探测器组、激光控制器、工控机和监视器；
3.根据权利要求2所述的同步获取燃烧流场总温和马赫数线分布的光学试验系统，其特征在于，第一激光器组和第二激光器组均包括n个并行排列的激光器，第一探测器组和第二探测器组均包括n个并行排列的探测器；第一激光器组和第二激光器组均发出n束平行的激光，其中，第一激光器组发出的任意一束激光均与第二激光器组所发出n束激光均相交，第一激光器组所发出的激光与第二激光器组所发出的激光的所有交点均位于同一平面内，n为大于1的整数。
4.根据权利要求1所述的同步获取燃烧流场总温和马赫数线分布的光学试验系统，其特征在于，线速度测量模块包括：193nm准分子激光器、yag激光器、dye激光器、第一聚焦镜组、片光镜组、示波器、iccd和电脑；
【专利技术属性】
技术研发人员：王朝宗，殷一民，陈国柱，陈力，陈爽，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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