[发明专利]一种保形流态观测装置

说明书

本发明提出了一种保形流态观测装置，该装置将光学材料一体加工成保形光学管道，使其内表面成为保形流道的同时还发挥一定的光学作用，并配合调制光学元件实现对其流道内流体流态观测的光学功能；本发明通过一体化结构解决了现有保形流态观测装置因需内嵌光学侧窗而造成的对流道形状的破坏以及不易密封的问题，同时还杜绝了内嵌造成的材料差异而使装置在温度与压强变化过程中变形不均导致性能下降的问题；且通过应力隔绝与压强调节的方式进一步降低光学元件的变形与位移，还借助微调机构提高了整个装置适应加工误差和恶劣工作环境的能力，实现了其相较于现有保形流态观测装置更小的误差引入、更宽的适用范围以及更高的工作稳定性。

技术领域

本发明属于保形流体观测装置技术领域，具体涉及一种保形流态观测装置。

背景技术

为了使流体呈现特定的流动状态往往需要对流道进行针对性的设计，同时流道内流体的流动状态也能够反映出流道的设计结果，但为了了解流道内流体的流态必须对其进行观测，而光学观测方式能够较为全面地评价流体的流态。光学观测方式通常是将观测装置连接在被测流道的中间，使之成为被测流道的一部分，当流体经过前段流道流经观测装置时便可对其进行观测，具有较高的可操作性，因此该种方法应用较广。光学观测方法往往是通过将光束射入光学侧窗使之携带流体的流态信息后出射再被仪器接收并分析。而保形流态观测装置能够在不破坏流道形态的情况下实现对流体的观测，相较于为适应光学元件形状而破坏流道的光学观测装置而言能够更真实准确的测量流体的实际状态。同时就现有的保形观测装置而言，因其大都采用内嵌光学侧窗的方式实现观测功能，虽然光学侧窗内表面可以为了实现流道保形而被加工到很高的精度，但由于内嵌而造成安装光学侧窗的安装空间为封闭形状，致使其很难被加工到很高的精度，同时为了方便安装，安装空间也会略大于光学侧窗的外形尺寸，这将造成内嵌的光学侧窗与其安装空间的结合面不可避免的会出现间隙以及局部的不平整，从而造成流道形态的破坏，进而在进行观测时引入误差。同时因光学侧窗与自身安装空间间隙的存在，还会在流体流动过程中产生泄漏问题，而密封措施可能会在流体高低温、压差过大等情况下失效，且密封环节也很容易影响光学侧窗的位置精度。同时由于光学侧窗与其所安装的支架材料的不同，而为了消除间隙内嵌的光学侧窗会尽可能与安装件紧密配合，这便会在温度变化过程中由于两者的热变形量差异造成热应力，甚至出现因热变形量差异过大造成光学侧窗的损坏或者定位失效等情况，且安装过程也容易引入安装应力，进而影响光学侧窗的面形和位置精度，最终引入观测误差。当观测高速以及特定流体时可能会在流道内外产生巨大压力差，因结构和材料性质差异极易在传统内嵌光学侧窗处产生应力集中问题，使传统光学侧窗产生不可控的形变，从而进一步引入观测误差。同时因现有保形观测装置将光路的调制作用全部集中在了内嵌的光学侧窗上，为了尽可能消除间隙并进行密封，内嵌的光学侧窗都只能一次性安装在其安装空间内，无法进行位置调整，这不仅降低了传统装置对元件加工误差的包容性，更使得其在工作过程中无法根据工况对光机系统的实际影响而对光学元件的位置进行适时的调节，进而削弱了其对环境的适应性。因此上述问题限制了现有保形流态观测装置的应用，成为了高性能流道研制道路上的一个重要障碍。

发明内容

为了针对性地克服现有流态保形观测装置存在的对流道形态的破坏、密封困难、易产生安装与热应力、压差造成光学侧窗变形以及光学侧窗位置不可调节等问题，本发明提出了一种一体化完全保形、无需流道密封、具有应力隔绝功能且流道材料一致热变形均匀并可进行压强调节以及光学元件位置可调的新型保形流态观测装置。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种保形流态观测装置，其特征在于，包括保形光学管道、调制光学元件、转接件等零部件；

所述保形光学管道由光学材料一体加工而成，具有光学作用，其内表面构成保形流道，即该保形光学管道在作为保形结构件的同时还作为透镜参与到光学系统的成像；