[发明专利]一种高焓流场光电特性辨识装置及方法

说明书

本发明提供了一种高焓流场光电特性辨识装置及方法，装置包括模型、高焓激波风洞、测试光路系统及数据处理系统；高焓激波风洞用于产生高焓气流；模型内部不同位置安装多个光电探头，用于采集模型表面的光谱信息；测试光路系统布置在试验段外，包括光电探头II、光栅和光谱仪，光电探头II透过试验段的光学窗口采集模型表面的光谱信息，其采集光路与光电探头I的采集光路在模型表面相交；光电探头II采集的光谱信息经光栅处理后发送至光谱仪，光电探头I将采集的光谱信息传送光谱仪，随后光谱仪将光谱信息传送到至数据处理系统，根据光谱分析方法和原理提取光谱信息，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。

技术领域

本发明属于高焓激波风洞工程技术领域，特别涉及一种高焓流场光电特性辨识装置及方法。

背景技术

飞行器进入地球、火星等行星大气时，周围气体通过激波加热或者黏性阻滞作用，会产生数千度甚至上万度的高温，引起气体分子振动能激发、离解、复合和电离，飞行器周围气体呈现高温气体属性，使得气体分子的物理属性和流场特性发生显著改变。高温效应主要表现在如下三个方面：1)气体的分子和原子能量激发和化学反应吸收了大量的能量，会降低流场的温度和改变压力梯度，从而改变了飞行器的受力、受热环境；2)高温下热化学反应产生的离子和电子形成的等离子鞘套，对飞行器的无线通讯产生屏蔽作用，导致黑账现象；3)高温下气体原子和分子的能级跃迁产生光子辐射，光辐射现象导致飞行器光学特性发生改变，严重的光辐射可以改变飞行器的热环境。飞行器及其尾流的光电特性还对目标的识别、监视、跟踪及拦截产生影响。高温中由于密度低、飞行速度快，非平衡效应占主导地位。飞行器的光电特性由于其重要性和复杂程度，一直是空气动力学研究的前沿课题，因而有必要继续深入开展对高焓流场光电特性的辨识研究，为飞行器目标的识别、监视、跟踪及拦截提供一种经过地面试验验证的可行思路。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种高焓流场光电特性辨识装置及方法，通过单次试验即可获得模型周围流场组分连续光谱信息，进而获得模型周围流场的紫外、可见光和红外的光辐射强度，还可以获得流场的振动温度和各分子的组分信息，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种高焓流场光电特性辨识装置，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、试验段和激波管，所述激波管与下游的喷管和试验段依次连通，激波管中增温增压后的试验气体流过喷管形成高焓气体，高焓气体进入试验段后流过模型；试验段上设置有多个光学窗口，光学窗口通过光学玻璃II封闭；

所述模型为大钝头或者平头结构，内部不同位置安装多个光电探头(图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外且基于光谱仪搭建，包括光电探头II、光栅和光谱仪，所述光电探头II透过试验段的光学窗口采集模型表面的光谱信息，光电探头II与光电探头I的数目相同，其采集光路与光电探头I的采集光路在模型表面相交；光电探头II采集的光谱信息经光栅处理后发送至光谱仪，光电探头I将采集的光谱信息发送至光谱仪，光谱仪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。

第二方面，一种高焓流场光电特性辨识方法，包括如下步骤：

入射激波到达激波管末端后触发压力传感器，激波管末端传感器产生的触发信号启动光谱仪工作；

光电探头II与光电探头I的数目相同，两者的采集光路在模型表面相交，分别采集模型表面的光谱信息；