[发明专利]一种高焓流场光电特性辨识装置及方法

权利要求书

1.一种高焓流场光电特性辨识装置，其特征在于，包括模型(1)、高焓激波风洞、测试光路系统及数据处理系统；其中，所述高焓激波风洞包括喷管(4)、试验段(5)和激波管(11)，所述激波管(11)与下游的喷管(4)和试验段(5)依次连通，激波管(11)中增温增压后的试验气体流过喷管(4)形成高焓气体，高焓气体进入试验段(5)后流过模型(1)；试验段(5)上设置有多个光学窗口，光学窗口通过光学玻璃II(8)封闭；

所述模型(1)为大钝头或者平头结构，内部不同位置安装多个光电探头(2)，用于采集模型表面的光谱信息；

所述测试光路系统布置在试验段(5)外，包括光电探头II(6)、光栅(7)和光谱仪(9)，所述光电探头II(6)透过试验段(5)的光学窗口采集模型表面的光谱信息，光电探头II(6)与光电探头I(2)的数目相同，其采集光路与光电探头I(2)的采集光路在模型表面相交；光电探头II(6)采集的光谱信息经光栅(7)处理后发送至光谱仪(9)，光电探头I(2)将采集的光谱信息发送至光谱仪(9)，光谱仪(9)用来记录流动气体沿一定方向所发射的光谱信息，将两路光谱信息发送至数据处理系统(10)进行对比融合，再结合多组分多温度模型的非平衡数值模拟技术，获得模型表面高焓流场的光电特性。

2.根据权利要求1所述的高焓流场光电特性辨识装置，其特征在于，所述模型(1)上对应光电探头I(2)的安装位置安装有光学玻璃I(3)，所述光学玻璃I(3)对流场光谱不吸收和不反射，表面抛光，与模型配合加工，结合处表面光滑过渡。

3.根据权利要求1所述的高焓流场光电特性辨识装置，其特征在于，所述光电探头I(2)与光谱仪(9)之间安装光栅，采集的光谱信息I_V经光栅处理后发送至光谱仪(9)。

4.根据权利要求1所述的高焓流场光电特性辨识装置，其特征在于，所述光谱仪(9)记录的光谱信息I_V是通过流动区域的某一路径的积分效应；由于模型(1)位于喷管(4)轴线上，则流场在模型表面的流动为轴对称流动，对于轴对称流动，则有：

其中，R为流动截面的半径，即光电探头发射的光谱达到的距离；r为径向坐标，即从起始点达到R之间的路径，x为起始点坐标，即光电探头所在位置；

光谱发射率ε_v是谱线轮廓和仪表函数的卷积，即

式中A，B——连续谱的截距和斜率；

ν₀——测量谱内选定的参考谱线的中心频率；

ε_lk——谱段内第k条谱线的总发射率；

P_k(k)——谱段内第k条谱线的轮廓函数；

s(v)——仪表函数；

ν——谱线频率；

ν”——高振动态频率；

ν'——低振动态频率。

5.根据权利要求4所述的高焓流场光电特性辨识装置，其特征在于，所述光谱仪(9)还用于得到流场的振动温度：

利用双线法测量振动温度T_V，用某一元素的两条谱线发射强度进行计算T_V:

式中，E₁和E₂分别是两条谱线的激发电位，cm^-1；λ₁、λ₂为两线的波长，nm；I₁和I₂为其相对强度；A₁和A₂分别为两线自发光跃迁概率；系数0.6247与激发电位所用单位有关，若用电子伏特为单位，则系数应为5040。

6.根据权利要求4所述的高焓流场光电特性辨识装置，其特征在于，所述光谱仪(9)还用于得到流场的组分信息：

将得到的光谱信息，利用Lomakin公式和内标法配合，能获得不同组分成分的定量测量。

7.根据权利要求1所述的高焓流场光电特性辨识装置，其特征在于，所述喷管(4)出口提供的试验气体的总温超过3000K，喷管(4)为高焓喷管。