專利名稱：高風(fēng)速煙霧顯示方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種高風(fēng)速煙霧顯示方法及其裝置，屬于航空航天實(shí)驗(yàn)技術(shù)。
(二) 背景技術(shù)-
現(xiàn)代先進(jìn)的航空、航天武器裝備通常都要求具有高機(jī)動(dòng)和高敏捷能力，所以在布局設(shè)計(jì) 上都充分利用了大迎角繞流中的可控分離流和有利穩(wěn)定的旋渦流動(dòng)及其相應(yīng)的有利干擾，以 此改善它們的飛行性能。所以，在現(xiàn)代飛行器的氣動(dòng)布局研究和設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分利用風(fēng)洞 和水洞實(shí)驗(yàn)中的流動(dòng)顯示技術(shù)來(lái)顯示其復(fù)雜的流動(dòng)結(jié)構(gòu)并進(jìn)一步揭示其復(fù)雜的干擾流動(dòng)機(jī)理 和相應(yīng)的主控參數(shù)己成為重要的研究手段之一。
目前現(xiàn)役和正在發(fā)展的先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)無(wú)不采用類似旋成體的機(jī)身和頭部，研究結(jié)果己經(jīng)表 明這類先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)在零側(cè)滑、大迎角下的側(cè)向力特性是由機(jī)頭和前機(jī)身形狀決定的，且與 細(xì)長(zhǎng)旋成體的非對(duì)稱渦流動(dòng)和側(cè)向力特性類似，即在較大迎角下不僅存在較大的非對(duì)稱渦產(chǎn)
生的側(cè)向力，而且非對(duì)稱渦空間繞流結(jié)構(gòu)及其側(cè)向力特性還會(huì)隨著雷諾數(shù)(即Red)的變化而
發(fā)生顯著的改變。如圖1所示為《 = 50°、不同Red (Red=lX105 8X105)下細(xì)長(zhǎng)旋成體3. 35
截面處表面壓力分布曲線，從中可以看出不同Red數(shù)下，旋成體截面兩側(cè)的邊界層分離特性 存在明顯的差異，即隨著雷諾數(shù)(即Red)的增大，旋成體兩側(cè)邊界層分離先后經(jīng)歷了亞臨界/ 亞臨界(Red=1.33X 105，對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)來(lái)流風(fēng)速V-10m/s,旋成體兩側(cè)均呈亞臨界分離)、亞臨界 /臨界(Red=4X105，對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)來(lái)流風(fēng)速V=30m/s，旋成體一側(cè)為亞臨界分離，另一側(cè)為臨界 分離)、臨界/臨界(Red-8X105，對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)來(lái)流風(fēng)速V二60m/s，旋成體兩側(cè)均呈臨界分離)三 種分離流型，相應(yīng)的空間繞流流譜也發(fā)生了顯著改變，由較小Red數(shù)(Red=1.33X 105,對(duì)應(yīng) 實(shí)驗(yàn)來(lái)流風(fēng)速V-10m/s)時(shí)的非對(duì)稱二渦結(jié)構(gòu)逐漸演變?yōu)檩^高Red數(shù)(Red=4X105，對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn) 來(lái)流風(fēng)速V=30m/s)時(shí)的非對(duì)稱三渦結(jié)構(gòu)，不僅渦系結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的改變，而且空間位置 也發(fā)生了大的變化。
從已有的研究結(jié)果可以看出，Red數(shù)對(duì)旋成體表面的壓力分布及其相應(yīng)的空間非對(duì)稱渦 流動(dòng)結(jié)構(gòu)和形態(tài)有著較大的影響。這就需要發(fā)展適用于較寬Red數(shù)變化范圍的空間流動(dòng)顯示 技術(shù)，以揭示其大迎角繞流流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而與測(cè)力和測(cè)壓結(jié)果對(duì)比分析來(lái)研究飛行器的氣動(dòng) 特性和流動(dòng)機(jī)理。如果流場(chǎng)顯示與氣動(dòng)力(壓力)測(cè)量實(shí)驗(yàn)的Red數(shù)相差較大，流場(chǎng)顯示結(jié)果不僅不能起到對(duì)氣動(dòng)特性輔助分析的作用，而且還很有可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)和理解。
目前，國(guó)內(nèi)外在風(fēng)洞中應(yīng)用最為廣泛的是煙線(或煙絲)顯示技術(shù)，其顯示原理和水洞 中的染色液顯示技術(shù)一樣，實(shí)際是顯示流場(chǎng)中的染色線，在定常流場(chǎng)中所顯示的染色線就是 流線。為了取得好的顯示效果，應(yīng)盡量減少風(fēng)洞流場(chǎng)的湍流脈動(dòng)量，使煙線隨流動(dòng)而不擴(kuò)散。 然而在具有通常湍流度的(e = 0.08 0.2%)常規(guī)低速風(fēng)洞中，由于湍流脈動(dòng)隨風(fēng)速的提高而 增加，煙線難以在高風(fēng)速下保持清晰的顯示效果。美國(guó)Notre Dame大學(xué)的航空實(shí)驗(yàn)室為此研 制了大收縮比、多層紗網(wǎng)的低湍流度風(fēng)洞(包括亞音速風(fēng)洞和跨音速風(fēng)洞)，從低速到跨音速 均得到了較好的煙線顯示照片，是目前國(guó)際上風(fēng)洞流場(chǎng)顯示實(shí)驗(yàn)中煙線顯示水平較高的實(shí)驗(yàn) 室。由于這種通過(guò)減小風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段流場(chǎng)湍流度來(lái)減小煙線擴(kuò)散從而提高煙線顯示實(shí)驗(yàn)風(fēng)速的 方法將涉及到風(fēng)洞設(shè)備的較大規(guī)模改造(例如Notre Dame航空實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用該技術(shù)的風(fēng)洞收縮 比高達(dá)24甚至于48，對(duì)于跨音速風(fēng)洞甚至達(dá)到150:1，并在安定段設(shè)置12層以上的紗網(wǎng))， 成本極高，所以在實(shí)際應(yīng)用中難以推廣。我國(guó)在復(fù)雜流動(dòng)顯示技術(shù)方面進(jìn)行了大量的研究， 但是這些研究主要集中于激光片光/煙線顯示實(shí)驗(yàn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用，大部分的實(shí)驗(yàn)風(fēng)速 2 5m/s,個(gè)別實(shí)驗(yàn)的風(fēng)速達(dá)到10 20m/s。由于受到煙線顯示實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展水平的限制(一 般情況下流場(chǎng)顯示實(shí)驗(yàn)的雷諾數(shù)較低)，流場(chǎng)/氣動(dòng)相關(guān)不是在同一雷諾數(shù)下，對(duì)于風(fēng)洞高風(fēng) 速煙霧顯示/氣動(dòng)力(壓力)測(cè)量的一體化實(shí)驗(yàn)技術(shù)的研究，在國(guó)內(nèi)至今還尚未展開(kāi)。此外， 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外風(fēng)洞中廣泛采用的數(shù)字粒子圖像測(cè)速系統(tǒng)(DPIV)盡管可以在較高風(fēng)速下對(duì)流場(chǎng) 進(jìn)行定量測(cè)量，可以得到比較詳細(xì)的截面流場(chǎng)分布特征，但是使用經(jīng)驗(yàn)己經(jīng)表明粒子圖像測(cè) 速系統(tǒng)不僅難以獲得大尺度全流場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖畫，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)流場(chǎng)的整體認(rèn)知和全面認(rèn)識(shí)，而且 正確的DPIV (數(shù)字粒子圖像測(cè)速系統(tǒng))測(cè)量結(jié)果的獲得(如圖像采集、后續(xù)數(shù)據(jù)和圖像處理 以及結(jié)果分析等)必須依靠對(duì)基本流場(chǎng)事先的直觀認(rèn)識(shí)。此外，DPIV系統(tǒng)的設(shè)備成本極高且 實(shí)驗(yàn)難度和工作量均較大，如果發(fā)煙裝置和煙流注入方法不當(dāng)還極易導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果的出現(xiàn)， 尤其是會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的旋渦結(jié)構(gòu)和空間渦系結(jié)構(gòu)，影響對(duì)氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。
盡管煙霧顯示技術(shù)在一些研究中已得到應(yīng)用，但由于在煙霧發(fā)生、煙霧注入等技術(shù)上未 作深入研究，往往在高風(fēng)速下得不到理想的顯示效果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種高風(fēng)速煙霧顯示方法及其裝置，其目的是針對(duì)上述論述的細(xì)長(zhǎng)旋成體和飛 行器大迎角復(fù)雜繞流及其Red數(shù)效應(yīng)研究中存在的流場(chǎng)繞流結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)不清和空間繞流渦系結(jié) 構(gòu)隨雷諾數(shù)變化較大等新的奇特現(xiàn)象，以及目前國(guó)內(nèi)風(fēng)洞難以減小現(xiàn)有流場(chǎng)湍流度(通常低 速風(fēng)洞的湍流度大于0.08%)這一困難，通過(guò)研制新型煙霧粒子和發(fā)煙技術(shù)、釆用先進(jìn)的高 風(fēng)速下的煙霧注入、顯示、記錄以及定量化技術(shù)，使煙霧顯示實(shí)驗(yàn)風(fēng)速達(dá)到60m/s (Red=8X105)或更高，并可持續(xù)顯示，為細(xì)長(zhǎng)旋成體和飛行器大迎角復(fù)雜繞流及其Red數(shù)效應(yīng)研究提
供必要的技術(shù)手段。為現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)研制和發(fā)展中的先進(jìn)氣動(dòng)布局、飛機(jī)大攻角氣動(dòng)特性等涉 及復(fù)雜流動(dòng)的研究提供了重要的實(shí)驗(yàn)手段。
本發(fā)明一種高風(fēng)速煙霧顯示方法及其裝置，顯示原理不同于煙線顯示，而是類似于高速 風(fēng)洞中的蒸汽屏顯示技術(shù)，主要用于顯示流場(chǎng)中的旋渦結(jié)構(gòu)，以便進(jìn)行飛行器空間繞流結(jié)構(gòu) 和氣動(dòng)力特性之間的相關(guān)分析。如果在流場(chǎng)中存在旋渦的空間注入適量的煙粒子，這些煙粒 子就會(huì)象高速風(fēng)洞蒸汽粒子一樣來(lái)顯示流場(chǎng)中旋渦的結(jié)構(gòu)形態(tài)和位置。煙霧顯示避免了煙線 顯示技術(shù)中固有的弱點(diǎn)，本發(fā)明通過(guò)發(fā)展先進(jìn)的發(fā)煙技術(shù)(如選擇合適的發(fā)煙介質(zhì)、發(fā)煙方 法等來(lái)控制煙霧粒子的大小、跟隨性和持久性)和特殊的煙霧注入技術(shù)(如煙霧引入流場(chǎng)的 方法、煙霧引入量，以及考慮煙霧引入對(duì)流動(dòng)特性的影響等)，并進(jìn)一步改善流場(chǎng)觀察和記錄 技術(shù)來(lái)取得清晰、可用于定量分析的空間流場(chǎng)旋渦結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明一種高風(fēng)速煙霧顯示方法及其裝置，首先研制特殊的煙霧粒子，使煙霧粒子滿足
流場(chǎng)顯示的跟隨性等物性要求；其次，發(fā)展煙霧發(fā)生和注入裝置和技術(shù)，在保證煙霧持續(xù)顯 示的基礎(chǔ)上、提高煙霧的可視性和耐高風(fēng)速性，并研究煙霧注入對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響特性；第 三，針對(duì)高風(fēng)速下煙霧比較淡的問(wèn)題，發(fā)展了先進(jìn)的照明和記錄系統(tǒng)，以獲得較好的流場(chǎng)圖 譜照片；此外，在上述基礎(chǔ)上發(fā)展了定量化確定飛行器繞流流場(chǎng)空間渦系位置的方法，便于 進(jìn)行流場(chǎng)流譜與氣動(dòng)力(壓力)測(cè)量結(jié)果的相關(guān)分析，并可定量給出飛行器繞流流場(chǎng)的空間 結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了流場(chǎng)與氣動(dòng)力同一雷諾數(shù)下的相關(guān)分析。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括有煙霧粒子，煙霧發(fā)生器，煙霧注入裝置和注入技術(shù)，壓力監(jiān) 測(cè)技術(shù)，照明、照相及錄像記錄系統(tǒng)，流場(chǎng)空間渦系位置定量化確定技術(shù)；其中，
(1) 煙霧粒子采用無(wú)毒、可食用的橄欖油作為煙霧發(fā)生劑，煙霧粒子的直徑在2 5/zm;
(2) 煙霧發(fā)生器該煙霧發(fā)生器為選購(gòu)部件，主要由空氣壓縮機(jī)、調(diào)壓閥、噴霧器、壓縮空氣 毛細(xì)管、煙霧劑出口毛細(xì)管、安全閥及煙霧劑腔體等組成，其煙霧產(chǎn)生原理是由空氣壓縮 機(jī)輸出的壓縮空氣，供給煙霧發(fā)生器，煙霧發(fā)生器發(fā)出直徑2 5//W的煙霧粒子；該煙霧發(fā) 生器的工作原理，為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述；
(3)煙霧注入裝置和注入技術(shù)煙霧注入裝置主要由煙霧分流閥門、煙霧引入管道、煙霧分 流孔組成，其工作過(guò)程如下空氣壓縮機(jī)l輸出最高壓力為5xl()SPa的壓縮空氣，供給煙霧
發(fā)生器2，煙霧發(fā)生器2發(fā)出直徑2 5;/m的煙霧粒子，分別通過(guò)煙霧引入管道3引入到模 型4的煙霧分流孔4. l中，通過(guò)煙霧分流孔將煙霧注入流場(chǎng)，提供顯示流場(chǎng)旋渦結(jié)構(gòu)的介質(zhì)， 在激光器5提供的高強(qiáng)度激光片光的照射下顯示空間流場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖畫，最后由圖像記錄設(shè)備6 記錄照片；根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求的不同，從煙霧分流孔4. 1注入流場(chǎng)中煙霧量的大小和注入流場(chǎng)的位置可以調(diào)整，這種調(diào)整可以通過(guò)改變模型表面煙霧分流孔4. 1的分布、煙霧引入管 道3的控制閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)，很好解決了煙霧注入對(duì)流場(chǎng)流動(dòng)的干擾問(wèn)題，并可得到好 的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)照片；
(4) 壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)由于模型表面煙霧注入必然會(huì)影響到流場(chǎng)的湍流度和模型繞流的分離特 性，進(jìn)而會(huì)影響到模型繞流流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，從而影響模型的氣動(dòng)特性，因此，通過(guò)在模型表面 設(shè)置測(cè)壓孔(即壓力監(jiān)測(cè)孔)，發(fā)現(xiàn)了煙霧注入位置、煙霧注入壓力以及煙霧注入方式對(duì)流場(chǎng) 結(jié)構(gòu)的影響特性，從而保證了該技術(shù)的準(zhǔn)確性和可信度；該壓力監(jiān)測(cè)孔設(shè)在模型軸向的某橫 截面上，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中在不同煙霧注入壓力下測(cè)量模型截面壓力分布，通過(guò)與無(wú)煙霧注入時(shí)壓 力分布特性的比較得到對(duì)模型繞流流場(chǎng)影響最小時(shí)的煙霧注入壓力值，該值可作為流場(chǎng)顯示 時(shí)可用的煙霧注入壓力；
(5) 照明、照相及錄像記錄系統(tǒng)照明系統(tǒng)采用氬離子連續(xù)激光器5發(fā)出的光束直徑小于
5mm的激光，經(jīng)柱面鏡轉(zhuǎn)換為片光，實(shí)現(xiàn)對(duì)流場(chǎng)的截面觀察；記錄系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制
的圖像記錄設(shè)備6進(jìn)行自動(dòng)拍攝，記錄流場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖畫；
(6) 流場(chǎng)空間渦系位置定量化確定技術(shù)采用位置預(yù)校測(cè)技術(shù)，即先對(duì)所研究流場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行 定量劃分，然后采用多次曝光方法實(shí)現(xiàn)對(duì)渦位空間位置的定量分析，并結(jié)合數(shù)字分析與處理 技術(shù)對(duì)照片進(jìn)行分析得到定量結(jié)果。
本發(fā)明一種高風(fēng)速煙霧顯示方法及其裝置，其技術(shù)方案詳細(xì)闡述如下 本發(fā)明一種高風(fēng)速煙霧顯示方法，其步驟如下 步驟一裝置的制作和準(zhǔn)備
(1) 煙霧粒子發(fā)生釆用無(wú)毒、可食用的植物油(如橄欖油或大豆油等)作為煙霧發(fā)生劑， 煙霧粒子的直徑在2 5//m，滿足流場(chǎng)顯示的跟隨性等物性要求；
(2) 煙霧發(fā)生器(圖2):該煙霧發(fā)生器為選購(gòu)部件，主要由調(diào)壓閥、噴霧器、壓縮空 氣毛細(xì)管、煙霧劑出口毛細(xì)管、安全閥及煙霧劑腔體等組成；
(3) 煙霧分流孔4.1 (圖3):在模型背風(fēng)側(cè)IOO。和120°位置處，從距頭部尖頂50mm 處開(kāi)始每隔12.5mm設(shè)置一個(gè)發(fā)煙截面，共76個(gè)出煙截面，前23個(gè)截面設(shè)置四個(gè) 出煙孔，后53個(gè)截面只設(shè)置兩個(gè)出煙孔，共198個(gè)出煙孔，出煙孔內(nèi)徑lmm; 76 個(gè)出煙截面可分成多組，每組由一個(gè)煙霧發(fā)生器供煙；
(4) 煙霧注入裝置(圖4):空氣壓縮機(jī)1輸出最高壓力為5xlOSPa的壓縮空氣，供給 煙霧發(fā)生器2，煙霧發(fā)生器2發(fā)出直徑2 5;/w的煙霧粒子，分別通過(guò)煙霧引入管 道3引入到模型4的煙霧分流孔4.1中，通過(guò)煙霧分流孔4.1將煙霧注入流場(chǎng)，提供顯示流場(chǎng)旋渦結(jié)構(gòu)的介質(zhì)，通過(guò)改變煙霧分流孔4.1的分布、煙霧引入管道3的控 制閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)注入流場(chǎng)中煙霧量的大小和注入流場(chǎng)的位置進(jìn)行控制； (5)流場(chǎng)記錄裝置(圖4):在激光器5提供的高強(qiáng)度激光片光的照射下顯示空間流場(chǎng) 結(jié)構(gòu)圖畫，并由圖像記錄設(shè)備6記錄流場(chǎng)圖畫； 步驟二流場(chǎng)顯示煙霧注入及顯示(圖3):將植物油(如橄欖油或大豆油等)放入煙霧發(fā)生
器2中，把空氣壓縮機(jī)1輸出的壓縮空氣引入煙霧發(fā)生器2對(duì)植物油進(jìn)行霧化，并 通過(guò)壓縮空氣把霧化后的直徑2 5,朋的煙霧粒子通過(guò)煙霧引入管道3引入到模型 4的煙霧分流孔4. 1中，通過(guò)煙霧分流孔4. 1將煙霧注入流場(chǎng)，提供顯示流場(chǎng)旋渦 結(jié)構(gòu)的介質(zhì)；
步驟三壓力監(jiān)測(cè)通過(guò)在模型表面設(shè)置測(cè)壓孔，監(jiān)測(cè)煙霧注入位置、煙霧注入壓力以及煙 霧注入方式對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響特性，從而保證了該技術(shù)的準(zhǔn)確性和可信度；該壓力 監(jiān)測(cè)孔設(shè)在模型軸向的某橫截面上，如圖4所示，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中在不同煙霧注入壓力 下測(cè)量模型截面壓力分布，通過(guò)與無(wú)煙霧注入時(shí)壓力分布特性的比較得到對(duì)模型繞 流流場(chǎng)影響最小時(shí)的煙霧注入壓力值，該值可作為流場(chǎng)顯示時(shí)可用的煙霧注入壓力； 圖6給出了不同來(lái)流風(fēng)速下最大的可允許注煙壓力曲線(壓力監(jiān)測(cè))；
步驟四流場(chǎng)記錄采用氬離子連續(xù)激光器5發(fā)出的光束直徑小于5mm的激光，經(jīng)柱面鏡轉(zhuǎn) 換為片光，實(shí)現(xiàn)對(duì)流場(chǎng)的截面觀察；采用計(jì)算機(jī)控制的圖像記錄設(shè)備6進(jìn)行自動(dòng)拍 攝，記錄流場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖畫；
步驟五流場(chǎng)定量化采用位置預(yù)校測(cè)技術(shù)，即先對(duì)所研究流場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行定量劃分，然后采 用多次曝光方法實(shí)現(xiàn)對(duì)渦位空間位置的定量分析，并結(jié)合數(shù)字分析與處理技術(shù)對(duì)照 片進(jìn)行分析得到定量結(jié)果，便于進(jìn)行流場(chǎng)流譜與氣動(dòng)力(壓力)測(cè)量結(jié)果的相關(guān)分 析，并可定量給出飛行器繞流流場(chǎng)的空間結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了流場(chǎng)與氣動(dòng)力同一雷諾 數(shù)下的相關(guān)分析；
本發(fā)明一種高風(fēng)速煙霧顯示裝置，它包括有 A:煙霧注入裝置主要由空氣壓縮機(jī)l、煙霧發(fā)生器2、煙霧引入管道3、模型4、煙霧分流 孔4. 1、激光器5和圖像記錄設(shè)備6組成，如圖4所示。
(a) 空氣壓縮機(jī)l:為選購(gòu)部件，提供5xl(^Pa的壓縮空氣；
(b) 煙霧發(fā)生器(圖2):為選購(gòu)部件，主要由調(diào)壓閥、噴霧器、壓縮空氣毛細(xì)管、煙霧劑
出口毛細(xì)管、安全閥及煙霧劑腔體等組成。將植物油(如橄欖油或大豆油等)放入煙霧
發(fā)生器2中，把空氣壓縮機(jī)1輸出的壓縮空氣引入煙霧發(fā)生器2對(duì)植物油進(jìn)行霧化，并通過(guò)壓縮空氣把霧化后直徑2 5^ 1的煙霧粒子從煙霧發(fā)生器2的出口噴出；導(dǎo)入 煙霧引入管道3中；
(c) 煙霧引入管道3 (圖4):選購(gòu)直徑50mm的塑料軟管制作，用做煙霧導(dǎo)流管，將煙霧 發(fā)生器2發(fā)出的煙霧引入到模型4的煙霧分流孔4. l中
(d) 模型表面煙霧分流孔4. 1 (圖4):在模型背風(fēng)側(cè)100°和120°位置處，從距頭部尖 頂50醒處開(kāi)始每隔12. 5卿設(shè)置一個(gè)發(fā)煙截面，共76個(gè)出煙截面，前23個(gè)截面設(shè)置 四個(gè)出煙孔，后53個(gè)截面只設(shè)置兩個(gè)出煙孔，共198個(gè)出煙孔，出煙孔內(nèi)徑為lmra; 76個(gè)出煙截面可分成多組，每組由一個(gè)煙霧發(fā)生器供煙。煙霧經(jīng)煙霧引入管道3引入 到模型4的煙霧分流孔4. 1中，然后通過(guò)煙霧分流孔4. 1將煙霧注入流場(chǎng)，提供顯示 流場(chǎng)旋渦結(jié)構(gòu)的介質(zhì)，通過(guò)改變煙霧分流孔4.1的分布、煙霧引入管道的控制閥的開(kāi) 關(guān)狀態(tài)對(duì)注入流場(chǎng)中煙霧量的大小和注入流場(chǎng)的位置進(jìn)行控制；
B:流場(chǎng)記錄裝置首先，氬離子連續(xù)激光器5發(fā)出光束直徑小于5mm的激光，經(jīng)柱面鏡轉(zhuǎn)換 為片光，對(duì)顯示流場(chǎng)提供高強(qiáng)度的照射，然后采用計(jì)算機(jī)控制的圖像記錄設(shè)備6進(jìn)行自動(dòng) 拍攝，記錄流場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖畫；
本發(fā)明一種高風(fēng)速煙霧顯示方法及其裝置，其優(yōu)點(diǎn)和達(dá)到的功效是它針對(duì)細(xì)長(zhǎng)旋成 體和飛行器大迎角復(fù)雜繞流及其Red數(shù)效應(yīng)研究中存在的流場(chǎng)繞流結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)不清和空間繞流 渦系結(jié)構(gòu)隨雷諾數(shù)變化較大等新的奇特現(xiàn)象，以及目前國(guó)內(nèi)風(fēng)洞難以減小現(xiàn)有流場(chǎng)湍流度這 一困難，通過(guò)研制新型煙霧粒子和發(fā)煙技術(shù)、采用先進(jìn)的高風(fēng)速下的煙霧注入、顯示、記錄 以及定量化技術(shù)，使煙霧顯示實(shí)驗(yàn)風(fēng)速達(dá)到60m/s (Red=8X105)或更高，并可持續(xù)顯示，為 細(xì)長(zhǎng)旋成體和飛行器大迎角復(fù)雜繞流及其Red數(shù)效應(yīng)研究提供了必要的技術(shù)手段，為現(xiàn)代戰(zhàn) 斗機(jī)研制和發(fā)展中的先進(jìn)氣動(dòng)布局、飛機(jī)大攻角氣動(dòng)特性等涉及復(fù)雜流動(dòng)的研究提供了重要 的實(shí)驗(yàn)手段。它以實(shí)物和研制報(bào)告的形式提供低速風(fēng)洞高風(fēng)速煙霧顯示實(shí)驗(yàn)技術(shù)，為空氣動(dòng) 力學(xué)領(lǐng)域的復(fù)雜流動(dòng)相關(guān)分析和深入探討物理機(jī)理提供了重要的實(shí)驗(yàn)工具，因此，為現(xiàn)代戰(zhàn)斗 機(jī)研制和發(fā)展中的先進(jìn)氣動(dòng)布局、飛機(jī)大攻角氣動(dòng)特性等涉及復(fù)雜流動(dòng)的研究提供了重要的 實(shí)驗(yàn)手段，并為它們的發(fā)展起到很好的促進(jìn)作用。


圖l不同Red數(shù)下細(xì)長(zhǎng)旋成體截面壓力分布特性(X/d=3.35， a = 50°)圖。 圖2 (a)、 (b)煙霧發(fā)生器工作原理示意圖。 圖3模型及煙霧分流孔分布和壓力監(jiān)測(cè)孔設(shè)置圖。 圖4煙霧注入裝置和實(shí)驗(yàn)原理示意圖。
10圖5不同來(lái)流風(fēng)速下最大的可允許注煙壓力曲線(壓力監(jiān)測(cè))圖。 圖6煙霧注入壓力對(duì)流場(chǎng)流動(dòng)的影響(V=20m/s，迎角5(T )圖。 圖中標(biāo)號(hào)如下
1空氣壓縮機(jī) 2煙霧發(fā)生器 3煙霧引入管道 4模型
4. 1煙霧分流孔 5激光器 6圖像記錄設(shè)備 7風(fēng)洞
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種高風(fēng)速煙霧顯示技術(shù)，在發(fā)展先進(jìn)的煙霧粒子及煙霧發(fā)生器的基礎(chǔ)上，通 過(guò)在細(xì)長(zhǎng)旋成體模型機(jī)身上設(shè)置煙霧分流孔，一改傳統(tǒng)流動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn)中投放示蹤粒子的方式， 在高風(fēng)速(v=60m/s)實(shí)驗(yàn)條件下得到了清晰的激光片光顯示圖像，并且通過(guò)位置預(yù)校測(cè)技術(shù) 實(shí)現(xiàn)了流場(chǎng)空間渦位的定量測(cè)量。此外，通過(guò)設(shè)置壓力監(jiān)測(cè)環(huán)的方法實(shí)現(xiàn)了煙霧注入方式和 煙霧注入壓力等因素對(duì)流場(chǎng)顯示結(jié)果影響的監(jiān)控，從而保證了流場(chǎng)顯示的準(zhǔn)確性。這種煙霧 顯示技術(shù)和簡(jiǎn)易渦位定量測(cè)量技術(shù)對(duì)在低速常規(guī)風(fēng)洞風(fēng)洞中進(jìn)行細(xì)長(zhǎng)旋成體Re數(shù)問(wèn)題的研 究提供了關(guān)鍵的技術(shù)平臺(tái)，為人們對(duì)細(xì)長(zhǎng)體非對(duì)稱背渦隨Re數(shù)演化和發(fā)展的認(rèn)識(shí)提供了有效 的實(shí)驗(yàn)手段，為先進(jìn)飛行器的設(shè)計(jì)提供了重要的實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)。
本發(fā)明是一種高風(fēng)速煙霧顯示技術(shù)，其技術(shù)方案包括有煙霧粒子，煙霧發(fā)生器，煙霧
注入裝置和注入技術(shù)，壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)，照明、圖像記錄系統(tǒng)，流場(chǎng)空間渦系位置定量化確定 技術(shù)；其中
(1) 煙霧粒子采用無(wú)毒、可食用的橄欖油作為煙霧發(fā)生劑，煙霧粒子的直徑在2 5/^;
(2) 煙霧發(fā)生器請(qǐng)參閱圖2a、 b所示；該煙霧發(fā)生器為選購(gòu)部件，主要有空氣壓縮機(jī)、調(diào)
壓闊、噴霧器、壓縮空氣毛細(xì)管、煙霧劑出口毛細(xì)管、安全閥及煙霧劑腔體等組成，其煙霧
產(chǎn)生原理是由空氣壓縮機(jī)輸出的壓縮空氣，供給煙霧發(fā)生器，煙霧發(fā)生器發(fā)出直徑2 5/W2 的煙霧粒子；該煙霧發(fā)生器的工作原理，為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述；
(3) 煙霧注入裝置和注入技術(shù)請(qǐng)參閱圖4所示；該煙霧注入裝置主要由煙霧分流閥門、煙
霧引入管道、模型4及煙霧分流孔組成,其工作過(guò)程是:空氣壓縮機(jī)l輸出最高壓力為5xlOSpa 的壓縮空氣，供給煙霧發(fā)生器2，煙霧發(fā)生器2發(fā)出直徑2 5^m的煙霧粒子，分多路通過(guò) 煙霧引入管道3引入到模型4的煙霧分流孔4. 1中，通過(guò)煙霧分流孔4. 1將煙霧注入流場(chǎng)， 提供顯示流場(chǎng)旋渦結(jié)構(gòu)的介質(zhì)，在激光器5提供的高強(qiáng)度激光片光的照射下顯示空間流場(chǎng)結(jié) 構(gòu)圖畫，最后由圖像記錄設(shè)備6記錄照片；根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求的不同，從煙霧分流孔4. l(如 圖3所示)注入流場(chǎng)中煙霧量的大小和注入流場(chǎng)的位置可以調(diào)整，這種調(diào)整可以通過(guò)改變模型 4的煙霧分流孔4. 1的分布、煙霧引入管道3的控制閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)，很好解決了煙霧 注入對(duì)流場(chǎng)流動(dòng)的干擾問(wèn)題，并可得到好的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)照片；(4) 壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)由于模型表面煙霧注入必然會(huì)影響到流場(chǎng)的湍流度和模型繞流的分離特 性，進(jìn)而會(huì)影響到模型繞流流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，從而影響模型的氣動(dòng)特性，因此，通過(guò)在模型表面 設(shè)置測(cè)壓孔，發(fā)現(xiàn)了煙霧注入位置、煙霧注入壓力以及煙霧注入方式對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響特性， 從而保證了該技術(shù)的準(zhǔn)確性和可信度；該壓力監(jiān)測(cè)孔設(shè)在模型軸向的某橫截面上，如圖3所 示，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中在不同煙霧注入壓力下測(cè)量模型截面壓力分布，通過(guò)與無(wú)煙霧注入時(shí)壓力分 布特性的比較得到對(duì)模型繞流流場(chǎng)影響最小時(shí)的煙霧注入壓力值，該值可作為流場(chǎng)顯示時(shí)可 用的煙霧注入壓力，圖5給出了不同來(lái)流風(fēng)速下最大的可允許注煙壓力曲線(壓力監(jiān)測(cè))；圖 6顯示了不同煙霧注入壓力對(duì)模型表面壓力分布的影響特性，不同的壓力分布曲線揭示的流 動(dòng)物理結(jié)構(gòu)是不同的，當(dāng)煙霧注入壓力大于0. 5bar時(shí)壓力分布已經(jīng)嚴(yán)重偏離無(wú)煙霧注入時(shí)的 狀態(tài)，此時(shí)得到的流場(chǎng)結(jié)果是不正確的；
(5) 圖像記錄系統(tǒng)請(qǐng)參閱圖4所示，照明系統(tǒng)采用氬離子連續(xù)激光器5發(fā)出的光束直徑小 于5mm的激光，經(jīng)柱面鏡轉(zhuǎn)換為片光，實(shí)現(xiàn)對(duì)流場(chǎng)的截面觀察；記錄系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)
控制的圖像記錄設(shè)備6進(jìn)行自動(dòng)拍攝，記錄流場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖畫；
(6) 流場(chǎng)空間渦系位置定量化確定技術(shù)采用位置預(yù)校測(cè)技術(shù)，即先對(duì)所研究流場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行
定量劃分，然后采用多次曝光方法實(shí)現(xiàn)對(duì)渦位空間位置的定量分析，并結(jié)合數(shù)字分析與處理 技術(shù)對(duì)照片進(jìn)行分析得到定量結(jié)果。 具體的實(shí)施過(guò)程如下-
〈1〉.以模型迎風(fēng)對(duì)稱面起始為0° ，在模型截面±100°和±120°處沿模型軸向布置煙霧分
流孔4. l若干，沿軸向呈兩行分布，如圖3所示；
〈2〉.將上述兩行煙霧分流孔4. 1沿軸向從模型頭部到模型尾部，分成三部分，每部分的 煙霧分流孔通過(guò)各自的煙霧引入管道3連接到煙霧發(fā)生器2，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和目的的不同、
開(kāi)關(guān)不同的煙霧發(fā)生器以實(shí)現(xiàn)煙霧分流孔4. 1是否發(fā)出煙霧；
<3〉.進(jìn)行關(guān)閉煙霧發(fā)生器和不同煙霧注入壓力下的壓力監(jiān)測(cè)，判斷煙霧注入壓力對(duì)流場(chǎng) 結(jié)構(gòu)的影響，從而確定不同實(shí)驗(yàn)來(lái)流風(fēng)速下所允許的最大煙霧注入壓力(如圖5和6所示)， 以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確；
〈4〉.在上述準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用空間預(yù)校測(cè)技術(shù)對(duì)所觀察流場(chǎng)的空間位置進(jìn)行 定量化測(cè)量和校測(cè)，并采用計(jì)算機(jī)控制的圖像記錄設(shè)備6進(jìn)行拍攝，得到流場(chǎng)圖片，結(jié)合預(yù) 校測(cè)得到的空間尺度對(duì)實(shí)際流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量化描述。 本發(fā)明一種高風(fēng)速煙霧顯示方法及其裝置，其具體實(shí)施方式
再次闡述如下
本發(fā)明一種高風(fēng)速煙霧顯示方法，其步驟如下 步驟一裝置的制作和準(zhǔn)備(1) 煙霧粒子發(fā)生采用無(wú)毒、可食用的橄欖油或大豆油等植物油作為煙霧發(fā)生劑，煙 霧粒子的直徑在2 5 pw ，滿足流場(chǎng)顯示的跟隨性等物性要求；
(2) 煙霧發(fā)生器(圖2):該煙霧發(fā)生器為選購(gòu)部件，主要由調(diào)壓閥、噴霧器、壓縮空 氣毛細(xì)管、煙霧劑出口毛細(xì)管、安全闊及煙霧劑腔體等組成；
(3) 煙霧分流孔4.1 (圖3):在模型背風(fēng)側(cè)IOO。和120°位置處，從距頭部尖頂50mm 處開(kāi)始每隔12.5mm設(shè)置一個(gè)發(fā)煙截面，共76個(gè)出煙截面，前23個(gè)截面設(shè)置四個(gè) 出煙孔，后53個(gè)截面只設(shè)置兩個(gè)出煙孔，共198個(gè)出煙孔，出煙孔內(nèi)徑為lmm; 76 個(gè)出煙截面可分成多組，每組由一個(gè)煙霧發(fā)生器供煙；
(4) 煙霧注入裝置(圖4):空氣壓縮機(jī)1輸出最高壓力為5xI(^Pa的壓縮空氣，供給 煙霧發(fā)生器2，煙霧發(fā)生器2發(fā)出直徑2 5^m的煙霧粒子，分別通過(guò)煙霧引入管 道3引入到模型4的煙霧分流孔4.1中，通過(guò)煙霧分流孔4.1將煙霧注入流場(chǎng)，提供 顯示流場(chǎng)旋渦結(jié)構(gòu)的介質(zhì)，通過(guò)改變煙霧分流孔4.1的分布、煙霧引入管道3的控 制閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)注入流場(chǎng)中煙霧量的大小和注入流場(chǎng)的位置進(jìn)行控制；
(5) 流場(chǎng)記錄裝置(圖4):在激光器5提供的高強(qiáng)度激光片光的照射下顯示空間流場(chǎng) 結(jié)構(gòu)圖畫，并由圖像記錄設(shè)備6記錄流場(chǎng)圖畫；
步驟二流場(chǎng)顯示煙霧注入及顯示(圖3):將橄欖油或大豆油等植物油放入煙霧發(fā)生器2
中，把空氣壓縮機(jī)1輸出的壓縮空氣引入煙霧發(fā)生器2對(duì)植物油進(jìn)行霧化，并通過(guò) 壓縮空氣把霧化后的直徑2 5//w的煙霧粒子通過(guò)煙霧引入管道3引入到模型4的 煙霧分流孔4. 1中，通過(guò)煙霧分流孔4. 1將煙霧注入流場(chǎng)，提供顯示流場(chǎng)旋渦結(jié)構(gòu) 的介質(zhì)；
步驟三壓力監(jiān)測(cè)通過(guò)在模型表面設(shè)置測(cè)壓孔，監(jiān)測(cè)煙霧注入位置、煙霧注入壓力以及煙 霧注入方式對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響特性，從而保證了該技術(shù)的準(zhǔn)確性和可信度；該壓力 監(jiān)測(cè)孔設(shè)在模型軸向的某橫截面上，如圖4所示，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中在不同煙霧注入壓力 下測(cè)量模型截面壓力分布，通過(guò)與無(wú)煙霧注入時(shí)壓力分布特性的比較得到對(duì)模型繞 流流場(chǎng)影響最小時(shí)的煙霧注入壓力值，該值可作為流場(chǎng)顯示時(shí)可用的煙霧注入壓力； 圖6給出了不同來(lái)流風(fēng)速下最大的可允許注煙壓力曲線(壓力監(jiān)測(cè))；
步驟四流場(chǎng)記錄采用氬離子連續(xù)激光器5發(fā)出的光束直徑小于5mm的激光，經(jīng)柱面鏡轉(zhuǎn) 換為片光，實(shí)現(xiàn)對(duì)流場(chǎng)的截面觀察；采用計(jì)算機(jī)控制的圖像記錄設(shè)備6進(jìn)行自動(dòng)拍 攝，記錄流場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖畫；
步驟五流場(chǎng)定量化采用位置預(yù)校測(cè)技術(shù)，即先對(duì)所研究流場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行定量劃分，然后采 用多次曝光方法實(shí)現(xiàn)對(duì)渦位空間位置的定量分析，并結(jié)合數(shù)字分析與處理技術(shù)對(duì)照片進(jìn)行分析得到定量結(jié)果，便于進(jìn)行流場(chǎng)流譜與氣動(dòng)力(壓力)測(cè)量結(jié)果的相關(guān)分 析，并可定量給出飛行器繞流流場(chǎng)的空間結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了流場(chǎng)與氣動(dòng)力同一雷諾 數(shù)下的相關(guān)分析。
本發(fā)明一種高風(fēng)速煙霧顯示裝置，它包括有
A:煙霧注入裝置主要由空氣壓縮機(jī)l、煙霧發(fā)生器2、煙霧引入管道3、模型4、煙霧分流 孔4. 1 、激光器5和圖像記錄設(shè)備6組成，如圖4所示。
(a) 空氣壓縮機(jī)l:為選購(gòu)部件，提供5xl(^Pa的壓縮空氣；
(b) 煙霧發(fā)生器(圖2):為選購(gòu)部件，主要由調(diào)壓閥、噴霧器、壓縮空氣毛細(xì)管、煙霧劑 出口毛細(xì)管、安全閥及煙霧劑腔體等組成。將橄欖油或大豆油等植物油放入煙霧發(fā)生 器2中，把空氣壓縮機(jī)1輸出的壓縮空氣引入煙霧發(fā)生器2對(duì)植物油進(jìn)行霧化，并通 過(guò)壓縮空氣把霧化后直徑2 5^/7的煙霧粒子從煙霧發(fā)生器2的出口噴出；導(dǎo)入煙霧 引入管道3中；
(c) 煙霧引入管道3 (圖4):選購(gòu)直徑50mm的塑料軟管制作，用做煙霧導(dǎo)流管，將煙霧 發(fā)生器2發(fā)出的煙霧引入到模型4的煙霧分流孔4. 1中；
(d) 模型表面煙霧分流孔4.1 (圖4):在模型背風(fēng)側(cè)100°和120°位置處，從距頭部尖 頂50咖處開(kāi)始每隔12. 5咖設(shè)置一個(gè)發(fā)煙截面，共76個(gè)出煙截面，前23個(gè)截面設(shè)置 四個(gè)出煙孔，后53個(gè)截面只設(shè)置兩個(gè)出煙孔，共198個(gè)出煙孔，出煙孔內(nèi)徑為lmm; 76個(gè)出煙截面可分成多組，每組由一個(gè)煙霧發(fā)生器供煙。煙霧經(jīng)煙霧引入管道3引入 到模型4的煙霧分流孔4. 1中，然后通過(guò)煙霧分流孔4. 1將煙霧注入流場(chǎng)，提供顯示 流場(chǎng)旋渦結(jié)構(gòu)的介質(zhì)，通過(guò)改變煙霧分流孔4.1的分布、煙霧引入管道的控制閥的開(kāi) 關(guān)狀態(tài)對(duì)注入流場(chǎng)中煙霧量的大小和注入流場(chǎng)的位置進(jìn)行控制；
B:流場(chǎng)記錄裝置首先，氬離子連續(xù)激光器5發(fā)出光束直徑小于5mm的激光，經(jīng)柱面鏡轉(zhuǎn)換 為片光，對(duì)顯示流場(chǎng)提供高強(qiáng)度的照射，然后采用計(jì)算機(jī)控制的圖像記錄設(shè)備6進(jìn)行自動(dòng) 拍攝，記錄流場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖畫。
權(quán)利要求
1. 一種高風(fēng)速煙霧顯示方法，其特征在于該方法之步驟如下步驟一裝置的制作和準(zhǔn)備(1)煙霧粒子發(fā)生采用無(wú)毒、可食用的植物油作為煙霧發(fā)生劑，煙霧粒子的直徑在2～5μm，滿足流場(chǎng)顯示的跟隨性等物性要求；(2)煙霧發(fā)生器該煙霧發(fā)生器為選購(gòu)部件，由調(diào)壓閥、噴霧器、壓縮空氣毛細(xì)管、煙霧劑出口毛細(xì)管、安全閥及煙霧劑腔體組成；(3)煙霧分流孔在模型背風(fēng)側(cè)100°和120°位置處，從距頭部尖頂50mm處開(kāi)始每隔12.5mm設(shè)置一個(gè)發(fā)煙截面，共76個(gè)出煙截面，前23個(gè)截面設(shè)置四個(gè)出煙孔，后53個(gè)截面只設(shè)置兩個(gè)出煙孔，共198個(gè)出煙孔，出煙孔內(nèi)徑1mm；76個(gè)出煙截面可分成多組，每組由一個(gè)煙霧發(fā)生器供煙；(4)煙霧注入裝置空氣壓縮機(jī)輸出最高壓力為5×105Pa的壓縮空氣，供給煙霧發(fā)生器，煙霧發(fā)生器發(fā)出直徑2～5μm的煙霧粒子，分別通過(guò)煙霧引入管道引入到模型的煙霧分流孔中，通過(guò)煙霧分流孔將煙霧注入流場(chǎng)，提供顯示流場(chǎng)旋渦結(jié)構(gòu)的介質(zhì)，通過(guò)改變煙霧分流孔的分布、煙霧引入管道的控制閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)注入流場(chǎng)中煙霧量的大小和注入流場(chǎng)的位置進(jìn)行控制；(5)流場(chǎng)記錄裝置在激光器提供的高強(qiáng)度激光片光的照射下顯示空間流場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖畫，并由圖像記錄設(shè)備記錄流場(chǎng)圖畫；步驟二流場(chǎng)顯示煙霧注入及顯示將植物油放入煙霧發(fā)生器中，把空氣壓縮機(jī)輸出的壓縮空氣引入煙霧發(fā)生器對(duì)植物油進(jìn)行霧化，并通過(guò)壓縮空氣把霧化后的直徑2～5μm的煙霧粒子通過(guò)煙霧引入管道引入到模型的煙霧分流孔中，通過(guò)煙霧分流孔將煙霧注入流場(chǎng)，提供顯示流場(chǎng)旋渦結(jié)構(gòu)的介質(zhì)；步驟三壓力監(jiān)測(cè)通過(guò)在模型表面設(shè)置測(cè)壓孔，監(jiān)測(cè)煙霧注入位置、煙霧注入壓力以及煙霧注入方式對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響特性，從而保證了該技術(shù)的準(zhǔn)確性和可信度；該壓力監(jiān)測(cè)孔設(shè)在模型軸向的某橫截面上；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中在不同煙霧注入壓力下測(cè)量模型截面壓力分布，通過(guò)與無(wú)煙霧注入時(shí)壓力分布特性的比較得到對(duì)模型繞流流場(chǎng)影響最小時(shí)的煙霧注入壓力值，該值可作為流場(chǎng)顯示時(shí)可用的煙霧注入壓力；步驟四流場(chǎng)記錄采用氬離子連續(xù)激光器發(fā)出的光束直徑小于5mm的激光，經(jīng)柱面鏡轉(zhuǎn)換為片光，實(shí)現(xiàn)對(duì)流場(chǎng)的截面觀察；采用計(jì)算機(jī)控制的圖像記錄設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)拍攝，記錄流場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖畫；步驟五流場(chǎng)定量化采用位置預(yù)校測(cè)技術(shù)，即先對(duì)所研究流場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行定量劃分，然后采用多次曝光方法實(shí)現(xiàn)對(duì)渦位空間位置的定量分析，并結(jié)合數(shù)字分析與處理技術(shù)對(duì)照片進(jìn)行分析得到定量結(jié)果，便于進(jìn)行流場(chǎng)流譜與氣動(dòng)力測(cè)量結(jié)果的相關(guān)分析，并可定量給出飛行器繞流流場(chǎng)的空間結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了流場(chǎng)與氣動(dòng)力同一雷諾數(shù)下的相關(guān)分析。
2. —種高風(fēng)速煙霧顯示裝置，其特征在于它包括有A:煙霧注入裝置由空氣壓縮機(jī)、煙霧發(fā)生器、煙霧引入管道、模型、煙霧分流孔、激光 器和圖像記錄設(shè)備組成；(a) 空氣壓縮機(jī)為選購(gòu)部件，提供5xl0SPa的壓縮空氣；(b) 煙霧發(fā)生器為選購(gòu)部件，由調(diào)壓閥、噴霧器、壓縮空氣毛細(xì)管、煙霧劑出口毛細(xì)管、 安全閥及煙霧劑腔體組成；將植物油放入煙霧發(fā)生器中，把空氣壓縮機(jī)輸出的壓縮空 氣引入煙霧發(fā)生器對(duì)植物油進(jìn)行霧化，并通過(guò)壓縮空氣把霧化后直徑2 5p附的煙霧 粒子從煙霧發(fā)生器的出口噴出；導(dǎo)入煙霧引入管道中；(c) 煙霧引入管道選購(gòu)直徑50咖的塑料軟管制作，用做煙霧導(dǎo)流管，將煙霧發(fā)生器發(fā)出的煙霧引入到模型的煙霧分流孔中；(d) 模型表面煙霧分流孔在模型背風(fēng)側(cè)100。和120°位置處，從距頭部尖頂50mni處開(kāi) 始每隔12.5mm設(shè)置一個(gè)發(fā)煙截面，共76個(gè)出煙截面，前23個(gè)截面設(shè)置四個(gè)出煙孔， 后53個(gè)截面只設(shè)置兩個(gè)出煙孔，共198個(gè)出煙孔，出煙孔內(nèi)徑為lmm; 76個(gè)出煙截面 可分成多組，每組由一個(gè)煙霧發(fā)生器供煙；煙霧經(jīng)煙霧引入管道引入到模型的煙霧分 流孔中，然后通過(guò)煙霧分流孔將煙霧注入流場(chǎng)，提供顯示流場(chǎng)旋渦結(jié)構(gòu)的介質(zhì)，通過(guò) 改變煙霧分流孔的分布、煙霧引入管道的控制閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)注入流場(chǎng)中煙霧量的大 小和注入流場(chǎng)的位置進(jìn)行控制；B:流場(chǎng)記錄裝置首先，氬離子連續(xù)激光器發(fā)出光束直徑小于5mm的激光，經(jīng)柱面鏡轉(zhuǎn)換為 片光，對(duì)顯示流場(chǎng)提供高強(qiáng)度的照射，然后采用計(jì)算機(jī)控制的圖像記錄設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)拍攝， 記錄流場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖畫。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高風(fēng)速煙霧顯示方法，其特征在于在歩驟一中所述的植 物油為橄欖油。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高風(fēng)速煙霧顯示方法，其特征在于在步驟一中所述的植 物油為大豆油。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高風(fēng)速煙霧顯示裝置，其特征在于所述的將植物油放入煙霧發(fā) 生器中，該植物油為大豆油。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高風(fēng)速煙霧顯示裝置，其特征在于所述的將植物油放入煙霧發(fā) 生器中，該植物油為橄欖油。
全文摘要
一種高風(fēng)速煙霧顯示方法及其裝置，該方法的步驟為(一)裝置的制作和準(zhǔn)備，(二)流場(chǎng)顯示，(三)壓力監(jiān)測(cè)，(四)流場(chǎng)記錄，(五)流場(chǎng)定量化；該裝置包括有A煙霧注入裝置由空氣壓縮機(jī)、煙霧發(fā)生器、煙霧引入管道、模型、煙霧分流孔、激光器和圖像記錄設(shè)備組成；B流場(chǎng)記錄裝置首先，氬離子連續(xù)激光器發(fā)出光束直徑小于5mm的激光，經(jīng)柱面鏡轉(zhuǎn)換為片光，對(duì)顯示流場(chǎng)提供高強(qiáng)度的照射，然后采用計(jì)算機(jī)控制的圖像記錄設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)拍攝，記錄流場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖畫。它采用先進(jìn)的高風(fēng)速下的煙霧注入、顯示、記錄以及定量化技術(shù)，使煙霧顯示實(shí)驗(yàn)風(fēng)速達(dá)到60m/s或更高，并可持續(xù)顯示，為細(xì)長(zhǎng)旋成體和飛行器大迎角復(fù)雜繞流及其Red數(shù)效應(yīng)研究提供了必要的技術(shù)手段。
文檔編號(hào)G01M9/00GK101424586SQ200810226308
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者巖 李, 楠 柏, 王延奎, 超 董, 鄧學(xué)鎣, 馬寶鋒 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)