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过氧化氢-煤油火箭发动机喷流红外辐射亮度的精确测量

陈豪 李帅辉 陈涉 李森 李腾 魏小林 余西龙 樊菁

陈豪, 李帅辉, 陈涉, 等. 过氧化氢-煤油火箭发动机喷流红外辐射亮度的精确测量[J]. 实验流体力学, 2019, 33(5): 76-80, 86. doi: 10.11729/syltlx20180171
引用本文: 陈豪, 李帅辉, 陈涉, 等. 过氧化氢-煤油火箭发动机喷流红外辐射亮度的精确测量[J]. 实验流体力学, 2019, 33(5): 76-80, 86. doi: 10.11729/syltlx20180171
Chen Hao, Li Shuaihui, Chen She, et al. Accurate infrared radiance measurement of H2O2-kerosene rocket engine flume[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(5): 76-80, 86. doi: 10.11729/syltlx20180171
Citation: Chen Hao, Li Shuaihui, Chen She, et al. Accurate infrared radiance measurement of H2O2-kerosene rocket engine flume[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(5): 76-80, 86. doi: 10.11729/syltlx20180171

过氧化氢-煤油火箭发动机喷流红外辐射亮度的精确测量

doi: 10.11729/syltlx20180171
详细信息
    作者简介:

    陈豪(1988-), 男, 山西大同人, 助理研究员。研究方向:红外技术、激光探测。通信地址:北京市北四环西路15号(100190)。E-mail:chenh@imech.ac.cn

    通讯作者:

    李帅辉, E-mail: lee@imech.ac.cn

  • 中图分类号: O434.3

Accurate infrared radiance measurement of H2O2-kerosene rocket engine flume

  • 摘要: 姿轨控火箭发动机喷流红外辐射特性的定量测量,是飞行器突防效能研究以及喷流流场数值模拟计算模型验证中的一个关键环节。为定量研究火箭发动机喷流红外辐射场分布,对某型过氧化氢-煤油小火箭发动机进行了喷流红外辐射特性测量实验。使用的制冷型中波红外相机波段为3.7~4.8 μm,该相机探测阵元平均噪声等效温差为16 mK,输出16 bits信号,具有高灵敏度和大动态范围。通过对红外相机的黑体辐射定标,并对定标误差进行分析,反演所测灰度值图像,在与喷流垂直方向得到中波红外波段的喷流辐射亮度分布。测量结果表明,小火箭发动机喷流中马赫盘结构位置清晰,喷流在中波红外波段的峰值辐射亮度为184 W/(m2·sr),辐射测量精度为12 W/(m2·sr)。
  • 图  1  中波红外相机辐射定标点和拟合曲线

    Figure  1.  Radiation calibration points and fitted curve of the midwave infrared camera

    图  2  黑体均匀辐射下中波红外相机采集到的原始灰度图像

    Figure  2.  The original grayscale image obtained by the midwave infrared camera under uniform blackbody radiation

    图  3  制冷型中波红外相机黑体辐射定标误差

    Figure  3.  Radiation calibration error for the cooled midwave infrared camera

    图  4  过氧化氢-煤油小火箭发动机结构示意图[15]

    Figure  4.  Schematic of the H2O2-kerosene small rocket engine[15]

    图  5  发动机喷流红外辐射测量场景示意

    Figure  5.  Schematic of the engine flume infrared radiation measurement

    图  6  喷流上半部平均灰度值随时间变化曲线

    Figure  6.  Time-varying curve of the average grayscale value of the upper half engine plume

    图  7  煤油和过氧化氢流量及发动机推力值曲线

    Figure  7.  Time-varying curve of the kerosene flow, H2O2 flow and engine thrust

    图  8  小火箭发动机喷流辐射亮度分布和辐射亮度等高线图,直线标记处为发动机喷口位置

    Figure  8.  Radiance distribution and radiance contour map of the small rocket engine flume, where the nozzle position is marked with a line segment

    图  9  发动机喷流辐射亮度纵向分布(“×”字标示发动机喷口位置)

    Figure  9.  Longitudinal distribution of the engine flume radiance (the nozzle position is marked with a cross symbol)

    表  1  制冷型中波红外相机黑体辐射定标主要误差来源

    Table  1.   Main error sources of the radiation calibration for the cooled midwave infrared camera

    Error source Value
    Blackbody emissivity uncertainty 0.02
    Blackbody temperature resolution 0.1 K
    Radiation calibration curve fitting error 0.65 W/(m2·sr)
    NETD of the cooled midwave infrared camera 16 mK
    Non-uniformity of the camera focal plate 5%
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-07
  • 修回日期:  2019-06-13
  • 刊出日期:  2019-10-25

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    2021年8月13日