高超声速波系结构的彩色纹影显示技术

王殿恺; 洪延姬; 李倩; 叶继飞

高超声速波系结构的彩色纹影显示技术

1.
中国人民解放军装备学院激光推进及其应用国家重点实验室,北京 101416;
2.
清华大学航天航空学院,北京 100083

基金项目:

国家自然科学基金（11372356）

详细信息

作者简介:
王殿恺（1985-），男，助理研究员，主要从事等离子体流动控制及光学测量方面的研究工作。Email：diankai@mail.ustc.edu.cn

中图分类号: V211.3

Color schlieren for hypersonic shock wave structures diagnosis

1.
State Key Laboratory of Laser Propulsion & Application,Academy of Equipment,Beijing 101416,China;
2.
School of Aerospace Engineering,Tsinghua University,Beijing 100083,China

摘要: 针对高超声速流场波系结构复杂、激波相互作用强、激波强度差别大等特点，发展了非侵入式、高灵敏度的彩色纹影流场显示技术，结合彩色滤光片设计技术和高速摄影技术，将彩色纹影系统的空间分辨率提高至0.1 mm 量级，时间分辨率达到1 s量级。在高超声速激波风洞中分别研究了斜激波相互作用产生的正规反射和马赫反射激波结构，以及斜激波与弓形激波相互作用产生的IV 型激波干扰，得到了清晰的彩色纹影照片，细致展现了待测流场的复杂结构，证明了该彩色纹影技术能够为高超声速流场诊断提供有力的技术支撑。
- 彩色纹影 /
- 高超声速 /
- 激波相互作用 /
- 流场诊断
Abstract: A non-invaded and high resolution color schlieren system was developed to diagnose the hypersonic flow field with complex shock wave structures, intensive shock interactions and different shock intensity. The key technique of color schlieren system is the color filter. A high sensitive color filter with 6 regions is designed. High speed color camera and synchronization technique are employed to meet the needs of high speed photography. Space and time resolution were brought up to 0.1mm and 1s, respectively. Experiments were performed in hypersonic shock tunnel with Mach 5.0 and 6.0. Regular reflection and Mach reflection generated by interaction of oblique shocks, and type IV shock interaction generated by oblique shock and bow shock were detected. Clear color schlieren images were obtained at the 3 conditions. The complex structures of the 3 kinds of shock interactions are disclosed, which proves that the color schlieren system was efficient and reliable. And it also supplies an alternate method in the diagnostics of hypersonic flow field.
- color schlieren /
- hypersonic /
- shock wave interaction /
- flow diagnostics

[1]	Holder D W, North R J. A schlieren apparatus giving an image in colour[J]. Nature, 1952, 169: 466.
[2]
[3]	Shenoy A, Agrawal A K, Gollahalli S. Quantitative evaluation of flow computations by rainbow schlieren deflectometry[J]. AIAA Journal, 1998, 36: 1953-1960.
[4]
[5]	Agrawal A K, Albers B, Griffin D. Abel inversion of deflectometric measurements in dynamic flows[J]. Applied Optics, 1999, 38: 3394-3398.
[6]
[7]
[8]	Yildirim B S, Pasumarthi K S, Agrawal A K. Concentration measurements in Self-Excited momentum dominated low-density gas jets[C]//42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 2004, 1279.
[9]
[10]	Xiao X, Puri I, Agrawal A K. Temperature measurements in steady axisymmetric partially premixed flames by use of rainbow schlieren deflectometry[J]. Applied Optics, 2002, 41: 1922-1928.
[11]	Yep T, Agrawal A K, Griffin D. Gravitational effects on near-field flow structure of low-density gas jets[J]. AIAA Journal, 2003, 41: 1973-1979.
[12]
[13]
[14]	Kolhe P, Agrawal A K. Density measurements in a supersonic microjet using miniature rainbow schlieren deflectometry[J]. AIAA Journal, 2009, 47: 830-838.
[15]
[16]	Agrawal A K, Butuk N, Gollahalli S. Three-dimensional rainbow schlieren tomography of a temperature field in gas flows[J]. Applied Optics, 1998, 37: 479-485.
[17]
[18]	Herrmann C D, Koschel W W. Experimental investigation of the internal compression of a hypersonic intake[C]//38th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference Exhibit, 2002, 4130.
[19]
[20]	Yoshiaki M, Masayuki I. Quantitative flow visualization of correctly expanded supersonic jets by rainbow schlieren deflectometry[C]//48th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2010, 1218.
[21]
[22]	Ye Jifei, Hong Yanji. Plume field evolvement characteristics of the laser micro ablation for solid target[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(S01): 47-51. (in Chinese)
[23]	Ye Jifei, Hong Yanji. Quantitative measurement of density by color schlieren based on axial symmetry field[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(12): 3335-3338. (in Chinese)

[1]	徐慧, 蔡光斌, 穆朝絮, 张艳红, 李欣. 高超声速滑翔飞行器全程总红外辐射最小的轨迹优化（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(4): 20220194-1-20220194-13. doi: 10.3788/IRLA20220194
[2]	傅杨奥骁, 江涛, 刘庆宗, 丁明松, 李鹏, 董维中, 高铁锁, 许勇. 高超声速飞行器热喷高温燃气红外辐射特性数值模拟 . 红外与激光工程, 2022, 51(10): 20220023-1-20220023-10. doi: 10.3788/IRLA20220023
[3]	刘蒙, 张伟科, 黄立, 胡磊, 苏伟, 许单洁, 李勋龙. 高超声速飞行器红外波段及窗口选择（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(4): 20220161-1-20220161-7. doi: 10.3788/IRLA20220161
[4]	宋俊玲, 姜雅晶, 饶伟, 孙秀辉, 陈建军. 超声速燃烧场高密度光学测量环设计方法研究 . 红外与激光工程, 2021, 50(10): 20210063-1-20210063-10. doi: 10.3788/IRLA20210063
[5]	李一涵, 胡海洋, 王强. 高超声速飞行器红外探测窗口辐射透射特性研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0404002-0404002-7. doi: 10.3788/IRLA202049.0404002
[6]	王莹莹, 何苹, 孟常亮. 星载红外探测器对高超声速飞行器探测距离的计算 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 704003-0704003(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0704003
[7]	刘潇明, 赵长明, 张子龙. 高超声速目标相干双频激光雷达探测技术 . 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1105005-1105005(7). doi: 10.3788/IRLA201948.1105005
[8]	文明, 王殿恺, 王伟东. 关键参数对激光等离子体热核与激波相互作用过程的影响规律 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 406001-0406001(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0406001
[9]	王伟东, 文明, 王殿恺, 李超. 激光等离子体热核与激波相互作用的流动特性研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(3): 306001-0306001(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0306001
[10]	牛青林, 杨霄, 陈彪, 贺志宏, 刘连伟, 董士奎. 高速滑翔目标点源红外辐射特征模拟及可探测性分析 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1104001-1104001(8). doi: 10.3788/IRLA201847.1104001
[11]	高铁锁, 江涛, 丁明松, 董维中, 刘庆宗. 高超声速拦截弹绕流红外辐射特性数值模拟 . 红外与激光工程, 2017, 46(12): 1204001-1204001(8). doi: 10.3788/IRLA201746.1204001
[12]	李明, 祝智伟, 杨彦广, 谢爱民. 双光程纹影在高超声速流场显示中的应用 . 红外与激光工程, 2017, 46(2): 211001-0211001(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0211001
[13]	王亚辉, 王强, 张伯川, 周斌, 肖利平, 徐力. 高超声速飞行器红外窗口热辐射特性试验 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1716-1720.
[14]	田媛, 韩一平, 牛化恒, 雷园. 弱电离高超声速流场对太赫兹波传播影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3690-3695.
[15]	邵俊峰, 郭劲, 王挺峰. 飞秒激光与硅的相互作用过程理论研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2419-2424.
[16]	肖松, 谭贤四, 王红, 李志淮. 变结构多模型临近空间高超声速飞行器跟踪算法 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2362-2370.
[17]	杨博, 刘文东, 李旻珺. 盲目反卷积算法在高超流场星图复原中的应用 . 红外与激光工程, 2013, 42(8): 2231-2237.
[18]	王亚辉, 王强, 高磊, 肖力平, 徐力. 高超声速飞行器气动热辐射特性 . 红外与激光工程, 2013, 42(6): 1399-1403.
[19]	吴杰, 廖光, 毛宏霞, 朱希娟, 董雁冰. 高超声速流场中CO₂的红外辐射研究 . 红外与激光工程, 2013, 42(5): 1113-1116.
[20]	叶继飞, 洪延姬. 轴对称流场的彩色纹影密度场定量测量 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3335-3338.

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1. 中国人民解放军装备学院激光推进及其应用国家重点实验室,北京 101416;

2. 清华大学航天航空学院,北京 100083

作者简介:
王殿恺（1985-），男，助理研究员，主要从事等离子体流动控制及光学测量方面的研究工作。Email：diankai@mail.ustc.edu.cn

English Abstract

Color schlieren for hypersonic shock wave structures diagnosis

1. State Key Laboratory of Laser Propulsion & Application,Academy of Equipment,Beijing 101416,China;

2. School of Aerospace Engineering,Tsinghua University,Beijing 100083,China

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作者简介: 王殿恺（1985-），男，助理研究员，主要从事等离子体流动控制及光学测量方面的研究工作。Email：diankai@mail.ustc.edu.cn

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高超声速波系结构的彩色纹影显示技术

1. 中国人民解放军装备学院激光推进及其应用国家重点实验室,北京 101416; 2. 清华大学航天航空学院,北京 100083

作者简介: 王殿恺（1985-），男，助理研究员，主要从事等离子体流动控制及光学测量方面的研究工作。Email：diankai@mail.ustc.edu.cn

English Abstract

Color schlieren for hypersonic shock wave structures diagnosis

1. State Key Laboratory of Laser Propulsion & Application,Academy of Equipment,Beijing 101416,China; 2. School of Aerospace Engineering,Tsinghua University,Beijing 100083,China

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王殿恺（1985-），男，助理研究员，主要从事等离子体流动控制及光学测量方面的研究工作。Email：diankai@mail.ustc.edu.cn

1. 中国人民解放军装备学院激光推进及其应用国家重点实验室,北京 101416;

2. 清华大学航天航空学院,北京 100083

作者简介:
王殿恺（1985-），男，助理研究员，主要从事等离子体流动控制及光学测量方面的研究工作。Email：diankai@mail.ustc.edu.cn

1. State Key Laboratory of Laser Propulsion & Application,Academy of Equipment,Beijing 101416,China;

2. School of Aerospace Engineering,Tsinghua University,Beijing 100083,China