[发明专利]高超声速内转式进气道及隔离段流场层析显示方法、系统

说明书

本发明公开一种高超声速内转式进气道及隔离段流场层析显示方法和系统，获取方法包括如下步骤：向风洞输入水蒸气，水蒸气在风洞中凝结形成纳米颗粒；纳米颗粒作为示踪粒子，进入内转式进气道及隔离段形成的流场中；在流场至少一个方向上的多个截面位置，采用激光照射，拍摄激光照射平面内示踪粒子的散射图像，以获得流场的层析图像。本发明采用水蒸气凝结而成的纳米颗粒作为示踪粒子，分析其散射图像，从而间接获得流场密度分布情况，能够较好地实现流场观测，解决传统纹影方法无法准确反映的问题。另外，水蒸气形成的示踪粒子，易于满足粒子数量与直径大小的要求，且减少了纳米颗粒的注入步骤，也不受风洞实验时间的限制。

技术领域

本发明涉及流体力学技术领域，具体涉及一种高超声速内转式进气道及隔离段流场层析显示方法、系统。

背景技术

高超声速内转式进气道流量捕获能力和压缩效率高，总压损失低，易于向圆形燃烧室过渡，逐渐被引入吸气式高超声速一体化飞行器设计当中。

内转式进气道具有多种型面结构，并且型面结构非规则形状，均较为复杂。目前国内主要还停留在内转式进气道的模拟效果测试阶段，与此相关的系统性能影响难以界定，比如，内转式进气道的设计就具有瓶颈，难以进一步优化。

发明内容

本发明提供一种高超声速内转式进气道及隔离段流场层析显示方法、系统，该方法和系统可以使流场通过层析图像的方式得以显示，以便更为精准地掌握内转式进气道及隔离段的流场信息，从而提供研究的依据。

本发明提供的高超声速内转式进气道及隔离段流场层析显示方法，包括如下步骤：

向风洞输入水蒸气，水蒸气在风洞中凝结形成纳米颗粒；

纳米颗粒作为示踪粒子，进入内转式进气道及隔离段形成的流场中；

在所述流场至少一个方向上的多个截面位置，采用激光照射，拍摄激光照射平面内示踪粒子的散射图像，以获得所述流场的层析图像。

可选地，所述风洞为激波风洞。

可选地，将所述风洞抽真空以使水蒸气输入所述风洞内，并控制所述水蒸气进入所述风洞后的水蒸气分压，所述水蒸气分压与所述风洞的工作压强相匹配，以控制所述水蒸气最终形成纳米颗粒的尺寸和数量。

可选地，针对所述内转式进气道及隔离段的内流道，至少隔离段采用透明材质制成，以便拍摄或照射激光。

可选地，所述隔离段采用透明材质制成；

从所述隔离段的侧面照射以获取所述流场的横截面的示踪粒子散射图像；

和/或，沿所述隔离段的轴线方向，向所述隔离段内照射激光，以获取所述流场的纵截面的示踪粒子散射图像。

可选地，激光从所述隔离段的侧面照射时，还在所述隔离段出口的下游位置设置反射镜，以从所述下游位置的侧面拍摄所述反射镜中反射的示踪粒子的散射图像；

和/或，在所述隔离段的下游位置设置反射镜，从所述下游位置的侧面照射激光，所述反射镜将激光沿所述隔离段的轴向反射入所述隔离段内，从所述隔离段的侧面拍摄所述隔离段内部示踪粒子的散射图像。

可选地，所述内转式进气道及隔离段采用金属材料制成，针对其内流道，至少将隔离段形成多个截面模型，获得各所述截面位置的示踪粒子散射图像，以获得所述流场的层析图像。

本发明提供的高超声速内转式进气道及隔离段流场层析显示系统，包括：

风洞；

水蒸气装置，存储有水蒸气，并能够输送水蒸气至风洞内以凝结形成纳米颗粒，纳米颗粒能够作为示踪粒子进入内转式进气道及隔离段形成的流场中；

激光设备，用于照射所述流场至少一个方向上的多个截面位置；