[发明专利]基于高频辉光的大口径高超声速低密度风洞流场显示系统

说明书

本发明涉及一种基于高频辉光的大口径高超声速低密度风洞流场显示系统，包括电源模块、辉光模块和采集模块；所述电源模块与所述辉光模块电连接，用于提供两相高频高压交流电，所述高频高压交流电的频率范围为35～40kHz，电压范围为25～30KV；所述辉光模块设于风洞喷管出口处，包括两个相对设置的电极单元；每个所述电极单元均包括电极板和电极绝缘罩，所述电极绝缘罩采用绝缘子式中空波浪形结构，包括多个依次连接的波浪部，套设于所述电极板外侧；所述采集模块设于所述辉光模块一侧，用于采集流场显示信息。本发明通过高频交流电激励和电弧抑制结构，解决了长间距、稀薄流场难以实现有效击穿和流场显示的问题。

技术领域

本发明涉及风洞试验设备技术领域，尤其涉及一种基于高频辉光的大口径高超声速低密度风洞流场显示系统。

背景技术

高超声速低密度风洞试验能模拟距离地面60km-100km高度流场环境，是用于研究稀薄气体动力学的地面试验系统。在风洞试验中，需对流场品质进行诊断并显示流场结构，目前可用的流场显示手段包括纹影显示、电子束显示、激光诱导荧光显示、辉光显示等。对于低密度流场，尤其是低于20Pa的真空环境下，由于气体密度低，常规光学仪器如纹影仪、阴影仪已不适用。而相对电子束显示和激光诱导荧光显示而言，辉光显示系统研制难度和研制费用较低，系统操作使用和维护保养也较为简单，其性价比最高。

辉光放电流场显示的原理是利用两电极对低压气体施加一交流或直流电压，当所施加电压的电压值达到一定值时(通常上千伏)，两电极间的气体就会发出辉光。这是由于低压气体中的自由电子和离子在外电场作用下加速，与气体分子之间发生碰撞，产生二次电子和离子，这些一次、二次电子以及离子均可能使气体分子激发到高能态，而受激分子不稳定，会通过跃迁回到稳态并发射出一种特定的光。低压空气、氮气和另外一些气体都可以发生这种过程。辉光放电流场显示系统正是利用低压气体辉光放电原理使气体发出彩色辉光来显示流场结构。

目前，常规的辉光放电技术已在小口径风洞中得到较好的应用，但在大口径(风洞口径大于1m)、低密度(气压小于20Pa)风洞中，由于两电极放电间距和有效放电面积成量级放大，适用于小口径风洞的辉光放电技术无法击穿低密度流场产生稳定的辉光，且放电电极极易和风洞喷管等金属物串扰，产生弧光放电，影响正常使用。

因此，需要提供一种针对大口径低密度风洞试验的流场显示技术。

发明内容

本发明的目的是针对上述至少一部分不足之处，提供一种针对大口径、高超声速、低密度风洞试验的流场显示系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于高频辉光的大口径高超声速低密度风洞流场显示系统，包括：电源模块、辉光模块和采集模块；

所述电源模块与所述辉光模块电连接，用于提供两相高频高压交流电，所述高频高压交流电的频率范围为35～40kHz，电压范围为25～30KV；

所述辉光模块设于风洞喷管出口处，包括两个相对设置的电极单元；每个所述电极单元均包括电极板和电极绝缘罩，所述电极绝缘罩采用绝缘子式中空波浪形结构，包括多个依次连接的波浪部，套设于所述电极板外侧；所述电极板的有效放电面积与风洞喷管出口处的截面积比值范围为0.1～0.2；

所述采集模块设于所述辉光模块一侧，用于采集流场显示信息。

优选地，所述电极板的横截面为圆形，所述电极绝缘罩呈圆台形状，其远离所述电极板的一端直径大于靠近所述电极板的一端。

优选地，所述电极板具有平行相对的第一平面和第二平面，两个所述电极板的第二平面间隔相对，用于实现辉光放电；每个所述电极板的第二平面小于第一平面，且通过弧面与第一平面连接。