由于真實氣體效應,高超聲速流場的研究仍然依賴于大量的實驗.流場溫度是實驗的重要參數,目前只能通過具有非入侵性質的光學測量手段獲得,然而,由于多方面的難題,鮮有對高焓流場參數測量的報道.文章介紹了利用激光誘導熒光(laser-induced fluorescence, LIF)技術對JF-10氫氧爆轟激波風洞產生的高焓實驗氣流溫度的測量工作.搭建了用于脈沖式風洞的LIF測量系統(tǒng),使用了NO分子作為熒光組分.因為高焓流場實驗條件苛刻,本實驗對傳統(tǒng)的激光設置進行了調整,使用了平行于拍攝方向的豎直平面激光激發(fā)NO,使熒光信號更為集中,獲得了清晰的LIF圖像.利用雙線測溫法(two-line thermometry, TLT)測量高焓自由流中NO分子的轉動溫度,從而確定氣流的平轉溫度.測量結果表明, JF-10實驗氣流的平轉溫度為600 K.

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【部分圖文】：

圖1 熒光過程相關能級示意圖

熒光是分子受到光照時吸收光子并在短時間釋放出熒光光子的現象.熒光產生過程如圖1所示.入射光子的能量與分子躍遷至激發(fā)態(tài)所需的能量相符時,分子有一定幾率會吸收光子,然后躍遷至激發(fā)態(tài).處于激發(fā)態(tài)的分子并不穩(wěn)定,會迅速躍遷到較低能級并向任意方向隨機釋放熒光光子.值得注意的是....

圖2 JF-10 激波風洞流場診斷的NO LIF測量設備示意圖

NOLIF系統(tǒng)的主要設備是激光光源和ICCD相機以及相關光學元件.NOLIF所用的激發(fā)光由可調諧染料激光器(Precisionscan,Sirah)產生,波長在225nm附近,針對NO組分的γ(0,0)譜帶躍遷.一臺工作在3倍頻模式的Nd:YAG激光器(Quant....

圖3 片光設置示意圖

激光光束經過焦距為-75mm的石英柱透鏡在豎直方向發(fā)散,然后經過焦距為1000mm的石英球面透鏡在豎直方向上準直,在水平方向上逐漸匯聚形成薄片狀的平面光束,進入風洞的試驗段.石英透鏡距離拍攝視場中心約800mm,焦點在視場以外,避免激發(fā)光能量密度過高導致熒光的....

圖4 風洞運行狀態(tài)與LIF測量的時序

在本系列LIF測量中,建立了專用的時序控制系統(tǒng),對激光器、風洞點火、ICCD拍攝進行觸發(fā),實現激光器的預熱以及各個設備的同步.時序控制系統(tǒng)啟動以后,首先以10Hz的頻率給激光器發(fā)出觸發(fā)信號,使激光器進行預熱.在第200個激光脈沖發(fā)出之前,控制系統(tǒng)發(fā)出點火....

本文編號：4024552