[发明专利]一种基于宽速比流场的PIV实流校准装置及方法

权利要求书

1.一种基于宽速比流场的PIV实流校准装置，其特征在于：主要由进气压力调节部段、过渡段、整流部段、气流加速部段、流速调节第一部段、标准流场试验段、后试验舱、位移机构、流速调节第二部段、排气部段、流速标准探针系统、控制系统组成，所述各部段顺次连接；被校准对象为PIV系统；

通过进气压力调节部段、过渡段、整流部段、气流加速部段、流速调节第一部段、流速调节第二部段以及控制系统产生指定流速的气流；在标准流场试验段形成均匀稳定的标准流场，试验段四壁为光滑实壁，两侧壁及上壁开有光学玻璃窗；PIV系统的激光透过上壁光学玻璃在试验段产生片光源，CCD相机透过侧壁光学玻璃对片光源区域进行拍摄；在后实验舱安装流速标准探针系统，标准探针通过位移机构实现对片光源区域流场移测，得到整场特征点速度信息，从而实现对PIV系统的校准。

2.如权利要求1所述的一种基于宽速比流场的PIV实流校准装置，其特征在于：所述进气压力调节部段，包括主路和旁路；主路和旁路分别装有大小两个调压阀，大阀安装在主路，用于粗调，小阀安装在旁路，用于微调；

所述过渡段，将压力调节部段与整流部段连接起来，由一小段直管段和扩散段组成，当直管段长径比为5～10，扩散角取20°～30°；当直管段长径比为3～5，扩散角取45°～90°，在采用大角度扩散段时，为缓和扩散段内分离严重，尽可能均匀气流和减小损失，可在扩散段内加装金属网、同轴多层扩散段、开孔收缩锥筒等散流装置。

3.如权利要求1所述的一种基于宽速比流场的PIV实流校准装置，其特征在于：所述整流部段，安装有用于抑制上游阀门扰动的整流装置，降低湍流度，提高试验段的气流品质；所述整流装置包括蜂窝器和阻尼网；阻尼网后设置静流段，布置标准总温、总压探针，用于控制系统反馈调节。

4.如权利要求1所述的一种基于宽速比流场的PIV实流校准装置，其特征在于：所述气流加速部段，通过适当收缩比加速气流至音速，并且使气流速度分布均匀，一般要保证收缩比在10以上。

5.如权利要求1所述的一种基于宽速比流场的PIV实流校准装置，其特征在于：所述流速调节第一部段，采用全柔壁结构喷管，上下壁面为柔性型面壁，两侧为平行的刚性直壁板；所述流速调节第一部段主要由上下横梁、前后端板、左右侧壁、柔板及其执行机构、支座等组成；柔板长度记为D，由入口一直延伸到出口，柔板出口端固定，入口端通过滑动以适应柔板弯曲时长度和斜率的变化；在柔板的背气流面上布置铰链支撑点并与执行机构相连，通过控制执行机构的行程来控制柔板的弯曲形状使之与喷管理论气动型面相吻合以得到不同试验马赫数Ma的喷管型面，以平板为起点变形，以出口点为零点，通过调试确定各支撑点位置x(0≤x≤D)与位移量y之间的关系，形成调节函数，典型工况调节函数如下：

其中，定义系数矩阵A，系数矩阵由实际试验曲线拟合得出：

为使用方便，先调出Ma1.00的喷管型面，以Ma1.00为初始计算型面，初始状态下各支撑点的伸长量均定义为0，则调节函数简化为：

其中，定义系数矩阵B，系数矩阵由实际试验曲线拟合得出：

6.如权利要求1所述的一种基于宽速比流场的PIV实流校准装置，其特征在于：所述标准流场试验段，四壁为光滑实壁，两侧壁及上壁开有光学玻璃窗，下壁开有静压孔，试验段前后端面有法兰，分别与喷管、后试验舱的法兰连接，用密封条与前后段密封，试验段口径为L₁×L₁，面积记为S_试验段；参考《GJB 1179A-2012》，标准流场试验段产生的流场稳定性优于0.1％。

7.如权利要求1所述的一种基于宽速比流场的PIV实流校准装置，其特征在于：所述后试验舱，主要用于安装标准探针，实现支臂和试验舱之间的滑动密封；所述后试验舱主要由底板、下压板、上压板、方形压片、弹簧螺钉、L型支臂组成；下压板开有圆弧长条孔，下压板和上压板通过弹簧螺钉压紧在底板上，下压板和底板之间有氟橡胶密封圈，实现滑动密封；L型支臂通过方形压片固定到压板上，随下压板滑动，方形压片和下压板之间通过密封圈实现密封。