本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種燃燒室內(nèi)壁面貼壁液膜形態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

液膜冷卻是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中常用的熱防護(hù)手段，同時(shí)也是大量機(jī)械設(shè)備中常用的冷卻手段。在實(shí)際使用過程中，液膜的厚度與形態(tài)將決定熱防護(hù)手段的有效性。當(dāng)液膜厚度過薄或覆蓋面積不足時(shí)，無法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的熱防護(hù)，可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能下降，嚴(yán)重時(shí)高溫燃?xì)鈱┌l(fā)動(dòng)機(jī)殼體，造成飛行事故。當(dāng)液膜厚度過厚時(shí)，燃料過多集中在壁面，將影響燃燒室效率，影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能。因此建立內(nèi)壁面貼壁液膜形態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，能夠分析內(nèi)壁面液膜形態(tài)與厚度等參數(shù)，為發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的熱防護(hù)性能與燃燒性能。

目前針對(duì)液膜厚度測(cè)量方法主要有電導(dǎo)法、電容法以及光學(xué)射線法等，然而此類方法都存在一定缺陷，比如，光學(xué)射線法是利用探針進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量，但是對(duì)測(cè)量環(huán)境要求苛刻，設(shè)備及測(cè)量成本過高。

比較典型的關(guān)于此類問題的測(cè)試方法主要是利用電導(dǎo)法在緊貼壁面安裝一對(duì)電極，兩電極間的電導(dǎo)(探測(cè)區(qū)域的電導(dǎo))與液膜厚度存在一定的關(guān)系，測(cè)量此區(qū)域的電導(dǎo)即可得到液膜厚度。這種方法僅只能進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量，且測(cè)量值為電極附近液膜厚度平均值，同時(shí)當(dāng)流體流速過快時(shí)，探針將對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，從而影響測(cè)量精度。

因此，目前尚無一種成本低，精度高，適用性強(qiáng)，同時(shí)能滿足區(qū)域測(cè)量的液膜厚度測(cè)量系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種燃燒室內(nèi)壁面貼壁液膜形態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)量成本高、精度低及無法測(cè)量區(qū)域內(nèi)的液膜厚度的問題。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，燃燒室內(nèi)壁面貼壁液膜形態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，包括用于獲取液膜形態(tài)的高速攝影設(shè)備和用于測(cè)量液膜厚度分布的厚度測(cè)量系統(tǒng)，厚度測(cè)量系統(tǒng)包括安裝在燃燒室圓柱殼體內(nèi)部的深度千分尺組件，深度千分尺組件的測(cè)量部與萬用表的一個(gè)探針連接，萬用表的另一探針與燃燒室圓柱殼體的壁面相連接；

萬用表用于當(dāng)測(cè)量部接觸到液膜遠(yuǎn)離燃燒室圓柱殼體的一側(cè)顯示最大阻值，以便記錄測(cè)量部的第一測(cè)量值，萬用表還用于當(dāng)測(cè)量部穿過液膜接觸到燃燒室圓柱殼體后顯示最小阻值，以便記錄測(cè)量部的第二測(cè)量值；

第二測(cè)量值和第一測(cè)量值用于做差值運(yùn)算以得出液膜的厚度值；

測(cè)量部用于在燃燒室圓柱殼體內(nèi)壁范圍內(nèi)移動(dòng)，以測(cè)量燃燒室圓柱殼體內(nèi)壁上任意位置的液膜厚度。

進(jìn)一步地，深度千分尺組件包括用于安裝在燃燒室圓柱殼體一端部的旋轉(zhuǎn)支桿，旋轉(zhuǎn)支桿位于燃燒室圓柱殼體內(nèi)的另一端套裝有千分尺支架，千分尺支架的另一端安裝有深度千分尺，千分尺支架用于沿旋轉(zhuǎn)支桿伸縮，以調(diào)節(jié)深度千分尺在燃燒室圓柱殼體內(nèi)的測(cè)量位置。

進(jìn)一步地，千分尺支架與深度千分尺垂直。

進(jìn)一步地，旋轉(zhuǎn)支桿外壁上套設(shè)有用于固定千分尺支架的固定夾。

進(jìn)一步地，旋轉(zhuǎn)支桿外壁面還套設(shè)有軸承，軸承固定安裝在燃燒室圓柱殼體的一端面上，旋轉(zhuǎn)支桿用于帶動(dòng)千分尺支架及深度千分尺沿燃燒室圓柱殼體的端面進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)，以便于深度千分尺測(cè)量燃燒室圓柱殼體同一橫截面上任意位置的液膜厚度。

進(jìn)一步地，旋轉(zhuǎn)支桿分別與軸承的橫截面和燃燒室圓柱殼體的端面垂直。

進(jìn)一步地，深度千分尺與萬用表的一個(gè)探針連接。

本發(fā)明的有益效果是：通過設(shè)置千分尺測(cè)量部分測(cè)量點(diǎn)的局部厚度，再通過高速攝影設(shè)備對(duì)液膜進(jìn)行圖像拍攝，將拍攝出的測(cè)量點(diǎn)的圖像灰度值與液膜厚度建立對(duì)應(yīng)的關(guān)系，并通過此關(guān)系將液膜厚度與拍攝的液膜灰度圖像的灰度值進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)而得出區(qū)域內(nèi)的液膜厚度值；該系統(tǒng)結(jié)果簡(jiǎn)單，成本低廉，可操作性強(qiáng)。能夠同時(shí)對(duì)燃燒室管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)壁面液膜進(jìn)行形態(tài)與厚度分布測(cè)量，在利用該系統(tǒng)的標(biāo)定過程后，通過圖像分析的方式進(jìn)行液膜厚度分布測(cè)量，能夠在不干擾流場(chǎng)的情況下，可以獲得快速準(zhǔn)確的貼壁液膜厚度分布以及形態(tài)特征，且該系統(tǒng)測(cè)量液膜厚度的精度可達(dá)到0.01mm。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明燃燒室內(nèi)壁面貼壁液膜形態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中的千分尺組件的局部放大圖。

其中：1.深度千分尺；2.高速攝影設(shè)備；4.萬用表；5.儲(chǔ)存罐；6.圓柱殼體；7.軸承；8.旋轉(zhuǎn)支桿；9.千分尺支架；10.固定夾。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明公開了一種燃燒室內(nèi)壁面貼壁液膜形態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，如圖1所示，包括用于測(cè)量液膜厚度分布的厚度測(cè)量系統(tǒng)和用于測(cè)量液膜形態(tài)的高速攝影設(shè)備，高速攝影設(shè)備2優(yōu)選為高速攝影機(jī)，其可用于拍攝燃燒室圓柱殼體6的內(nèi)壁面，并形成高清圖像，優(yōu)選的所拍攝的高清圖像采用灰度樣式。

厚度測(cè)量系統(tǒng)包括安裝在待測(cè)燃燒室圓柱殼體6內(nèi)部的深度千分尺組件，深度千分尺組件包括用于安裝在燃燒室圓柱殼體6一端部的旋轉(zhuǎn)支桿8，旋轉(zhuǎn)支桿8位于燃燒室圓柱殼體6內(nèi)的另一端套裝有千分尺支架9，旋轉(zhuǎn)支桿8外壁上套設(shè)有用于固定千分尺支架9的固定夾10，當(dāng)固定夾10閉合固定時(shí)，千分尺支架9與旋轉(zhuǎn)支桿8相對(duì)位置保持不變，可以保證千分尺支架9隨旋轉(zhuǎn)支桿8的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。

旋轉(zhuǎn)支桿8外壁面還套設(shè)有軸承7，軸承7固定安裝在燃燒室圓柱殼體6的一端面上，軸承7用于使旋轉(zhuǎn)支桿8帶動(dòng)千分尺支架9及深度千分尺1相對(duì)于燃燒室殼體6進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以便于測(cè)量燃燒室圓柱殼體6的同一橫截面上的不同位置的液膜厚度。由此，保證了深度千分尺1的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。旋轉(zhuǎn)支桿8用于帶動(dòng)千分尺支架9及深度千分尺1沿燃燒室圓柱殼體6的端面進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)，以便于深度千分尺1測(cè)量燃燒室圓柱殼體6同一橫截面上任意位置的液膜厚度。旋轉(zhuǎn)支桿8分別與軸承7的橫截面和燃燒室圓柱殼體6的端面垂直，旋轉(zhuǎn)支桿8和軸承7的橫截面、燃燒室圓柱殼體6的端面垂直且深度千分尺1與旋轉(zhuǎn)支桿8也垂直時(shí)，才能更好的使得深度千分尺1在旋轉(zhuǎn)時(shí)，處于燃燒室圓柱殼體6的同一橫截面。

千分尺支架9的遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)支桿8的一端安裝有深度千分尺1，優(yōu)選的，選擇深度千分尺1和千分尺支架9垂直，深度千分尺1與萬用表4的一個(gè)探針連接，即千分尺組件的測(cè)量部與萬用表4的一個(gè)探針連接，萬用表4的另一探針與燃燒室圓柱殼體6的壁面相連接。

千分尺支架9用于沿旋轉(zhuǎn)支桿8伸縮，以調(diào)節(jié)深度千分尺1在燃燒室圓柱殼體6內(nèi)的測(cè)量位置，千分尺支架9與深度千分尺1垂直，可以保證深度千分尺1測(cè)量出的液膜厚度的準(zhǔn)確性。

萬用表4用于當(dāng)測(cè)量部接觸到液膜遠(yuǎn)離燃燒室圓柱殼體6的一側(cè)顯示最大阻值，以便記錄測(cè)量部的第一測(cè)量值，萬用表4還用于當(dāng)測(cè)量部穿過液膜接觸到燃燒室圓柱殼體6后顯示最小阻值，以便記錄測(cè)量部的第二測(cè)量值；

第二測(cè)量值和第一測(cè)量值用于做差值運(yùn)算以得出液膜的厚度值；

測(cè)量部用于在燃燒室圓柱殼體6內(nèi)壁范圍內(nèi)移動(dòng)，以測(cè)量燃燒室圓柱殼體6內(nèi)壁上任意位置的液膜厚度。

千分尺支架9用于沿旋轉(zhuǎn)支桿8移動(dòng)，千分尺支架9與旋轉(zhuǎn)支桿8為過隙配合，以調(diào)節(jié)深度千分尺1在燃燒室圓柱殼體6內(nèi)的位置，從而能保證深度千分尺1在任意位置均可準(zhǔn)確測(cè)量液膜法向厚度。

旋轉(zhuǎn)支桿8的中心軸、千分尺支架9的中心、軸承7的中心和燃燒室圓柱殼體6的中心軸均處于同一直線上，這樣即可以保證深度千分尺1在測(cè)量液膜厚度時(shí)，深度千分尺1與液膜切線是垂直的，測(cè)出的結(jié)果是準(zhǔn)確的。深度千分尺1在隨旋轉(zhuǎn)支桿8和千分尺支架9轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，是以燃燒室圓柱殼體6的中心軸進(jìn)行的，且深度千分尺1與燃燒室圓柱殼體6中心軸是垂直的，

另外，還包括液膜噴注系統(tǒng)，液膜噴注系統(tǒng)包括用于噴注液膜的噴注器，噴注器通過輸送管連接有儲(chǔ)存罐5。

本發(fā)明的工作過程具體如下：

通過高速攝影機(jī)對(duì)未噴注液膜的燃燒室內(nèi)壁面進(jìn)行拍攝，并保存拍攝的灰度圖像，之后通過液膜噴注系統(tǒng)，將儲(chǔ)存罐5中的液體噴注在燃燒室內(nèi)壁面上，噴注器的大小可隨實(shí)際情況來具體確定。

待噴注系統(tǒng)噴注完畢后，再次利用高速攝影機(jī)對(duì)已噴注液膜后的燃燒室內(nèi)壁面進(jìn)行拍攝，并得出灰度圖像。

通過對(duì)噴注前后的燃燒室內(nèi)壁面所拍攝的灰度圖像進(jìn)行灰度差處理，可確定液膜面積、形狀以及破碎位置等關(guān)鍵參數(shù)。為了獲得液膜圖像灰度值與液膜厚度一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，獲取液膜厚度分布，需對(duì)圖像灰度值與液膜厚度關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定。為了保證標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，高速攝像機(jī)的位置需固定，具體位置可根據(jù)具體情況而設(shè)置，只需保證能夠清晰準(zhǔn)確地拍攝出所需圖像即可。

將萬用表4的一個(gè)探針與深度千分尺1活動(dòng)部分連接固定，且隨深度千分尺1的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)探針與待測(cè)圓柱殼體6相連接。在測(cè)量初始，將萬用表4調(diào)至電阻擋，深度千分尺1與液膜無接觸，電路為短路狀態(tài)，則萬用表讀數(shù)顯示無窮大，隨著深度千分尺1向液膜靠攏，當(dāng)其與液膜接觸瞬間，電路形成閉合回路，兩個(gè)探針之間可測(cè)出阻值，萬用表4顯示讀數(shù)，即第一測(cè)量值，以此時(shí)深度千分尺1記錄為起點(diǎn)，深度千分尺1讀數(shù)記為d1，當(dāng)探針隨深度千分尺1繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，且與燃燒室待測(cè)殼體6相接觸的瞬間，電路短路，萬用表4的電阻值讀數(shù)基本為零，即第二測(cè)量值，以此時(shí)的深度千分尺1記錄終點(diǎn)，深度千分尺1讀數(shù)為d2，由此，該測(cè)量點(diǎn)處液膜厚度值d＝d2-d1。在液膜上選取若干有代表性的測(cè)試點(diǎn)，重復(fù)以上步驟，可得出各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的液膜厚度。

將上述的噴注后的灰度圖像與噴注前的灰度圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換，并將兩圖做灰度差，獲得做灰度差后的圖像，再提取做灰度差后圖像中對(duì)應(yīng)測(cè)量點(diǎn)的灰度值和厚度值，將對(duì)應(yīng)測(cè)量點(diǎn)的灰度值和厚度值進(jìn)行線性擬合，可獲得灰度值與厚度值的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可獲得液膜的厚度分布。