本發(fā)明屬于流體力學技術領域，具體涉及高超聲速內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道及隔離段內(nèi)部流場的一種顯示方法。

背景技術：

高超聲速內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道對氣流的捕獲和壓縮效率較高，氣動阻力較小，并且易與圓形燃燒室融合，這些優(yōu)勢引起了國內(nèi)外研究者的廣泛關注。由于內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道特殊的三維結構形式以及由此產(chǎn)生的三維流動很復雜，傳統(tǒng)的紋影方法與壓力測量方法所能得到的流場信息更加有限，難以對內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道的三維流動結構獲得全面的認識，更深入和細致的分析與理解也不易進行。

壁面絲線顯示方法能夠顯示壁面附近的動態(tài)絲線流譜，從而可以判定流動方向和流動類型，在低速流動領域已經(jīng)得到了廣泛的應用和發(fā)展。文獻“激波風洞內(nèi)超燃沖壓發(fā)動機三面壓縮進氣道流場實驗觀測”(黃舶)將壁面絲線顯示方法拓展應用到激波風洞中，觀測到高超聲速三面壓縮進氣道構型外壓縮壁面和側(cè)壁面上的絲線流譜。文獻“高超聲速內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道流動的壁面絲線顯示”(李祝飛)進一步將該方法應用在高超聲速內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道的外壓縮面上，直觀、動態(tài)地顯示出外壓縮面壁面附近的流動分離區(qū)范圍，并用來判定內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道是否起動。然而，這些嘗試難以直接應用到內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道及隔離段的內(nèi)部流動環(huán)境中。因此，需要發(fā)展合適的流場顯示方法與測量手段，以獲得內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道及隔離段內(nèi)流道復雜的三維流動信息。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種針對高超聲速內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道及隔離段內(nèi)部流場的顯示方法，觀測其內(nèi)部流場信息，以認識與理解內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道及隔離段內(nèi)部復雜的三維流動結構。

本發(fā)明的目的通過以下方式實現(xiàn)，一種高超聲速內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道及隔離段流場的壁面絲線顯示方法，高超聲速內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道及隔離段內(nèi)流道的部分壁面使用透明材料置換；一側(cè)的透明壁面用作觀測，在另一側(cè)的透明壁面上加工多排微孔；絲線經(jīng)微孔逐一穿入內(nèi)流道后，在壁面外側(cè)粘牢；在粘有絲線的透明部件的外壁面粘貼背景紙，增大絲線與作為背景的透明部件的對比度；實驗時，用光照射在背景紙上，同時從另一側(cè)拍攝內(nèi)部流場的壁面絲線流譜；借助空間排列位置已知的多排絲線微孔，可以對絲線流譜圖片進行光學畸變修正，使觀察到的內(nèi)部流場結構更加準確可靠。

進一步的，高超聲速內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道及隔離段的內(nèi)流道部件包括進氣道內(nèi)壓縮段和隔離段，可以對其中一部分進行觀測，也可以幾部分一起觀測。

進一步的，所要觀察的內(nèi)流道壁面可以全部采用透明材料加工，也可以僅在壁面上下兩側(cè)或左右兩側(cè)嵌入一對透明的安裝塊，透明材料需要保證一定的透光性，以保證拍攝的絲線圖片清晰可見。

進一步的，內(nèi)流道外壁面的型線可以修改成簡單的形狀，以減小光學畸變，也可以不進行修型。

進一步的，透明壁面上加工的微孔應盡量與內(nèi)壁面保持垂直，微孔位置可以任意，微孔的排列形式可以是方形、圓形陣列等整齊排列，也可以不整齊排列。

進一步的，透明壁面上絲線穿入微孔后，在壁面外側(cè)進行粘貼，也可以在微孔內(nèi)注入膠水進行固定，或直接在內(nèi)壁面粘貼絲線。

進一步的，為增大絲線與作為背景的透明部件的對比度，在壁面外側(cè)粘貼透光性好且均勻的白色紙片作為背景，也可以采用其它材料或其它顏色。

進一步的，從絲線位置對應的另一側(cè)壁面拍攝，拍攝角度可以調(diào)節(jié)，也可以在絲線的同側(cè)進行拍攝。

進一步的，借助空間位置已知的多排絲線微孔，可以對絲線流譜圖片進行光學畸變修正，也可以通過其他方式修正，甚至不修正。

本發(fā)明的原理說明如下：

高超聲速內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道及隔離段的內(nèi)流道部件包括進氣道內(nèi)壓縮段和隔離段，下面以隔離段為例進行說明：

1)高超聲速內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道及隔離段模型的隔離段使用透光性好的透明材料加工而成，內(nèi)壁面仍然采用原來的內(nèi)流道型線，外壁面的型線設計成簡單形狀，如方形或圓形等，以減小光學畸變；或者隔離段的主體采用常規(guī)不透明材料，而在隔離段壁面左右或上下兩側(cè)嵌入一對透明的安裝塊，該安裝塊的內(nèi)壁面仍保持原有內(nèi)流道的型線，外壁面的型線設計成簡單形狀；

2)對隔離段一側(cè)的透明壁面不作處理，用作觀測，而在另一側(cè)的透明壁面上，加工多排微孔，微孔盡量與內(nèi)壁面保持垂直，微孔的排列方式、間距和覆蓋范圍，可視觀測需要而定；

3)將長度適中的絲線，逐一穿入已經(jīng)加工好的微孔，保持絲線自由的一端在內(nèi)流道，另一端在微孔內(nèi)，用少量的膠水從外壁面粘牢絲線，同時密封微孔，這種絲線粘貼方法不僅可以保證絲線有足夠的自由度以跟隨當?shù)貧饬鞯姆较颍覍?nèi)部流場的干擾較??；

4)待絲線粘貼完畢后，對粘貼有絲線的透明部件的外壁面進行處理，以增大絲線與作為背景的該透明部件的對比度，如在外壁面粘貼透光性好且均勻的白紙作為背景，也可以采用其它半透明材料或其它顏色；

5)進行風洞實驗時，用一束光照射在粘有絲線的部件上，利用透射光顯示絲線流譜，在另外一側(cè)進行拍攝；

6)由于透明壁面的三維形狀復雜，拍攝到的絲線流譜圖片可能會發(fā)生光學畸變，此時，借助空間位置已知的多排絲線微孔，可以對絲線流譜圖片進行光學畸變修正，從而得到準確的絲線流譜。

高超聲速內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道及隔離段的其它內(nèi)流道部件也可以根據(jù)上述方法進行觀測。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，有如下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明的高超聲速內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道及隔離段模型的內(nèi)流道壁面部分采用透明材料加工，結合壁面絲線顯示方法，能夠獲得內(nèi)部流場的壁面絲線流譜；

(2)本發(fā)明采用壁面微孔固定絲線，不僅可以保證絲線有足夠的自由度，以跟隨氣流的方向，而且減小了對內(nèi)部流場的干擾；

(3)本發(fā)明采用的光路簡單，可以直接進行絲線流譜的拍攝，視場范圍大；

(4)本發(fā)明借助壁面上空間排列位置已知的多排絲線微孔，可以對三維壁面所造成的光學畸變進行修正，使觀察到的內(nèi)部流場結構更加準確可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明用于高超聲速內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道及隔離段內(nèi)部流場顯示方法的一個實例的示意圖。

圖2是本發(fā)明用于高超聲速內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道及隔離段內(nèi)壁面的絲線分布的一個實例的示意圖。

圖3是本發(fā)明用于內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道內(nèi)壓縮段的內(nèi)部流場顯示方法的一個實例的示意圖。

圖4是本發(fā)明用于壁面嵌入一對透明安裝塊的進氣道內(nèi)壓縮段的內(nèi)部流場顯示方法的一個實例的示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術解決方案、以及優(yōu)點和積極效果更加清楚明白，以下結合具體實例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。

圖1是本發(fā)明用于高超聲速內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道及隔離段模型的隔離段內(nèi)部流場顯示方法的一個實例的示意圖，如圖1所示，內(nèi)部流場顯示方法包括進氣道外壓縮段1，進氣道內(nèi)壓縮段2，隔離段3，光源4，透鏡5，光路6，高速攝影機7。

具體實例中，進氣道外壓縮段1與進氣道內(nèi)壓縮段2共同加工，也可以分開加工后再進行連接；隔離段3采用透明材料單獨加工，然后與進氣道內(nèi)壓縮段2通過法蘭連接；隔離段3的內(nèi)壁面仍然采用原來的型線，外壁面的型線采用圓柱形簡化；在隔離段3壁面的一側(cè)加工多排微孔；將絲線穿入微孔中，并在壁面外側(cè)將絲線粘牢；然后在壁面外側(cè)緊貼一張白色紙片作為背景。

工作原理：風洞實驗時，光源4發(fā)出的強光，經(jīng)過透鏡5進行發(fā)散，光路6照射在隔離段外壁面的背景紙上，透射光照亮觀察區(qū)內(nèi)所有的壁面絲線；在隔離段的另外一側(cè)，用高速攝影機7進行直接拍攝，獲得風洞實驗條件下壁面的絲線流譜。

圖2是本發(fā)明用于高超聲速內(nèi)轉(zhuǎn)式進氣道及隔離段內(nèi)壁面的絲線分布的一個實例的示意圖，圖2給出了圖1實例中隔離段內(nèi)壁面上的絲線分布情況。如圖2所示，內(nèi)壁面的絲線分布包括隔離段3和壁面絲線101。具體實例中，壁面絲線101布置在隔離段3一側(cè)的內(nèi)壁面上，共有30×6根絲線，絲線之間的流向距離和展向距離分別保持一致，絲線長度也盡量保持一致；壁面上約束絲線根部的微孔的直徑不能太大，以減小對流場的干擾。工作原理：在隔離段3一側(cè)的壁面上加工多排微孔，微孔盡量垂直于內(nèi)壁面；將壁面絲線101插入微孔，使絲線在壁面內(nèi)部保持一定的長度，之后在壁面外側(cè)剪斷絲線并將絲線在微孔中的一端粘牢；最后在壁面外側(cè)粘貼透光性好且均勻的白色紙片作為背景。

圖3是本發(fā)明用于進氣道內(nèi)壓縮段的內(nèi)部流場顯示方法的一個實例的示意圖，圖3與圖1實例相比，兩者所用的方法相同，應用部位由隔離段換成了進氣道內(nèi)壓縮段。如圖3所示，進氣道內(nèi)壓縮段的內(nèi)部流場顯示方法包括進氣道外壓縮段1，進氣道內(nèi)壓縮段2，連接法蘭102。具體實例中，進氣道外壓縮段1與進氣道內(nèi)壓縮段2分開加工，由連接法蘭102進行連接，法蘭設計在壁面內(nèi)側(cè)，以減小對壁面外側(cè)流場的干擾；進氣道內(nèi)壓縮段2采用透明材料加工，其一側(cè)的壁面上加工多排微孔，微孔盡量與內(nèi)壁面保持垂直；將絲線穿入微孔中，并在進氣道內(nèi)壓縮段的壁面外側(cè)將絲線粘牢，然后在壁面外側(cè)緊貼一張白色紙片作為背景。工作原理與圖1實例類似。

圖4是本發(fā)明用于壁面嵌入一對透明安裝塊的進氣道內(nèi)壓縮段的內(nèi)部流場顯示方法的一個實例的示意圖，與圖3實例相比，兩者都是應用在進氣道內(nèi)壓縮段，但是圖4實例中的壁面并沒有全部透明化，只是在兩側(cè)壁開槽并嵌入透明安裝塊。如圖4所示，壁面嵌入一對透明安裝塊的進氣道內(nèi)壓縮段的內(nèi)部流場顯示方法包括進氣道外壓縮段1，進氣道內(nèi)壓縮段2，可拆卸透明安裝塊103，可拆卸透明安裝塊的蓋板104。具體實例中，進氣道外壓縮段1與進氣道內(nèi)壓縮段2一起加工，其中對進氣道內(nèi)壓縮段2的外壁面形狀進行簡化；在內(nèi)壓縮段2兩側(cè)設計貫通的槽，裝入可拆卸透明安裝塊103，并用蓋板104加固；可拆卸透明安裝塊103的內(nèi)壁面仍然采用原來的內(nèi)流道型線，外壁面的型線為方形；在一側(cè)的可拆卸透明安裝塊103加工多排微孔，微孔盡量垂直于內(nèi)壁面；將絲線穿入微孔中，并在進氣道內(nèi)壓縮段的壁面外側(cè)將絲線粘牢；然后在壁面外側(cè)緊貼一張白色紙片作為背景。工作原理與圖3實例類似。

以上所述的具體實例，對本發(fā)明的目的、技術解決方案、以及優(yōu)點和積極效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。