CN101852673A

CN101852673A - 拖曳水池随车式piv测试装置

Info

Publication number: CN101852673A
Application number: CN 201010184006
Authority: CN
Inventors: 张军; 朱建良; 陆林章; 张国平; 洪方丈; 姚明珠; 张志荣; 陈小玲; 徐锋
Original assignee: 702th Research Institute of CSIC
Current assignee: 702th Research Institute of CSIC
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2010-10-06

Abstract

本发明提供一种拖曳水池随车式PIV测试装置，包括安装于水面上的拖车、处于水面下的片光鱼雷体和CCD鱼雷体，以及安装于拖车上的激光器，所述片光鱼雷体及CCD鱼雷体分别通过各自的支架与所述拖车连接。所述激光器通过安装于支架内的导光臂与片光鱼雷体连接，所述片光鱼雷体和CCD鱼雷体为水平圆柱型。本发明可以实现多种PIV测量状态，基本覆盖各种模型、不同测量位置的试验要求，实现大功率激光器激光的水下准确传输，并克服水下机构的流激振动。

Description

拖曳水池随车式PIV测试装置

技术领域

本发明涉及船舶水动力学试验领域，具体涉及拖曳水池随车式PIV测试装置。

背景技术

拖曳水池PIV(粒子成像测速)技术正在舰艇及水中兵器水动力、噪声研究与设计中发挥越来越重要的作用。

拖曳水池PIV可分为随车式PIV与岸基式PIV。岸基式PIV的测试系统不随拖车而运动，当拖车携带试验模型经过测试点时，测试系统工作，可测量时间短，且激光光源及CCD(图像传感器)是静止的，不随模型运动，因而一次只能得到一幅图像，不能连续拍摄，因而工作效率低、误差大。随车式PIV最大的优点是连续性、高效率、高精度，激光光源及CCD的拍摄是跟随模型一起同步运动，在运动过程中激光光源所产生的片光、CCD、模型相对位置不变，因此，能做到连续拍摄，通过计算模型相对位移距离和所用时间的比，一次性得到某一截面的速度场，通过三维架调整模型与片光、CCD的相对位置，得到立体速度场，因而大大提高了测试精度和效率。

CSSRC于1999年研制开发出一种基于连续激光器的混合式PIV系统，已经具备了随车式PIV系统的功能，只不过激光器过于庞大而放置在水池一端，CCD等图像采集系统放置在拖车上。其缺点是，连续激光的能量低，测试面积小；由于采用的是非跨帧式CCD，所测量的速度偏低，测量精度偏低；水下机构未采用流线型抗流激振动设计，也限制了可测量的速度。

1997年Dantec公司与美国IOWA大学拖曳水池联合研制出国际上第一套拖曳水池数字化随车式PIV系统。这是一种连体式水下PIV系统，即水下片光支架与CCD支架是相连的，尽管CCD鱼雷体可以围绕片光鱼雷体旋转，但自由度有限。

2004年美国IOWA大学拖曳水池改进开发的随车式3D-PIV系统，其缺点是水下片光支架与CCD支架的鱼雷体都采用了垂直圆柱型，容易产生流激振动、干扰被测流场。

此外在现有的随车式PIV系统中，都是在水下片光支架内设置两个反射镜，通过反射镜将激光器发射的激光传导至片光鱼雷体的片光模块上，从而发射出去。其缺点是反光镜会由于支撑杆的晃动，使光路发生偏移，导致测试部位偏差，并产生速度测试误差。

发明的内容

为了克服现有技术的不足之处，申请人经过研究改进，提供一种拖曳水池随车式PIV测试装置，可以实现多种PIV测量状态，基本覆盖各种模型、不同测量位置的试验要求，实现大功率激光器激光的水下准确传输，并克服水下机构的流激振动。

本发明的技术方案如下：

一种拖曳水池随车式PIV测试装置，包括安装于水面上的拖车、处于水面下的片光鱼雷体和CCD鱼雷体，以及安装于拖车上的激光器，所述片光鱼雷体及CCD鱼雷体分别通过各自的支架与所述拖车连接。

其进一步的技术方案为：所述激光器通过安装于支架内的导光臂与片光鱼雷体连接。

其进一步的技术方案为：所述片光鱼雷体内设有片光模块。

其进一步的技术方案为：所述CCD鱼雷体内设有CCD模块。

其进一步的技术方案为：所述片光鱼雷体或CCD鱼雷体内设有反射镜模块。

其进一步的技术方案为：所述片光鱼雷体和CCD鱼雷体相连接。

其进一步的技术方案为：所述片光鱼雷体和CCD鱼雷体为水平圆柱型。

本发明的有益技术效果是：

一、本发明采用模块化结构、水下支架采用流线型的水平鱼雷体。突破了拖曳水池随车式PIV连体式水下支架的局限，实现了水下分体式、模块化、多功能模式，可满足多种PIV测量状态，基本覆盖各种模型、不同测量位置的试验要求。实现了拖曳水池随车式PIV的数字化、连续化、实时化测量，测量效率大为提高，测量精度大幅提高。

二、本发明在照明和摄像布局上具有灵活性，可根据测量需求，设计出各种CCD与片光的布局方案。具备测量水平面、纵垂面、横截面三向截面流场的功能。在2D-PIV系统的基础上，增加一个CCD模块及其配套模块，就可以组建3D-PIV系统。

三、采用导光臂将激光从激光器输到水下片光模块，有效地保障了激光传输的指向性，实现大功率激光器激光的水下准确传输。

四、可测量船舶及水中兵器、螺旋桨周围流场、尾流场等复杂精细流场能。拖车速度可达到3.5m/s，一次性最大测量面积达到了300mm×300mm。

五、本发明在泵喷推进器内流场PIV试验、水下标模SOBOFF尾流场(水平面)的二维、三维速度场测量、以及水下回转体模型大攻角分离流场等的PIV试验中得到成功应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是尾部打光，侧面摄像状态的布局图。

图3是图2的左视图。

图4是图2的俯视图。

图5是侧面打光，尾部摄像状态的布局图。

图6是图5的左视图。

图7是图5的俯视图。

图8是尾部打光，上面摄像状态的布局图。

图9是图8的左视图。

图10是图8的左视图。

图11是侧面打光，上面摄像状态的布局图。

图12是图11的左视图。

图13是图11的左视图。

图14是侧面打光，侧面摄像状态的布局图。

图15是图14的左视图。

图16是图14的左视图。

以上各附图中：1、拖车，2、片光鱼雷体，3、CCD鱼雷体，4、片光支架，5、CCD支架，6、激光器，7、导光臂，8、片光模块，9、CCD模块，10、反射镜模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如图1所示，本发明包括安装于水面上的拖车1、处于水面下的片光鱼雷体2和CCD鱼雷体3，以及安装于拖车上的激光器6，片光鱼雷体2及CCD鱼雷体3分别通过片光支架4及CCD支架5与拖车1连接，并随拖车1运动。片光鱼雷体2和CCD鱼雷体3采用分体式布局；激光器6、片光鱼雷体2和CCD鱼雷体3又连接于同一个位移平台(拖车1)，可实现测试系统的整体位移。此外还采用模型支架用于固定被测模型(图中未示出)，实现模型相对于片光鱼雷体2、CCD鱼雷体3的三向位移，从而实现测量截面的相对位移。

如图1所示，激光器6通过安装于片光支架4内的导光臂7与片光鱼雷体2连接，采用导光臂7将激光从激光器6传输到水下片光模块，有效地保障了激光传输的指向性，实现大功率激光器激光的水下准确传输。片光鱼雷体2和CCD鱼雷体3为水平圆柱型，可以减小了水下机构的流激振动。

本发明采用模块化结构，片光鱼雷体2内设有片光模块8，CCD鱼雷体3内设有CCD模块9，还可以按需求在片光鱼雷体2内或者CCD鱼雷体3内安装反射镜模块10，CCD模块9与片光模块8可互换连接于对方的支架上，且片光鱼雷体2和CCD鱼雷体3还可以相连接为一体。通过各模块不同的连接、组合及布局模式，可以实现多功能的随车式PIV测试，使本发明具备测量三向截面流场、测量螺旋桨尾流场、分离流、导管内流场等复杂精细流场的功能。可以满足五种测量状态，以覆盖各种模型、不同测量位置的试验要求。下面分别说明采用本发明来实现五种测量状态时的布局模式。

实施例1：尾部打光，侧面摄像

如图2、图3、图4所示，是尾部打光，侧面摄像状态的布局图。其中图2为z-x平面，图3为z-y平面，图4为y-x平面，即图3是图2的左视图，图4是图2的俯视图，图2中箭头方向为拖车的运动方向。

在此测量模式下，片光鱼雷体2和CCD鱼雷体3处于同一水平面，且片光鱼雷体2位于CCD鱼雷体3的侧后方。片光鱼雷体2包括片光模块8，CCD鱼雷体3包括CCD模块9和反射镜模块10。

片光模块8发射的片光从尾部打到被测模型上后反射，然后经反射镜模块10反射后被侧方的CCD模块9捕捉。

实施例2：侧面打光，尾部摄像

如图5、图6、图7所示，是侧面打光，尾部摄像状态的布局图。其中图5为z-x平面，图6为z-y平面，图7为y-x平面，即图6是图5的左视图，图7是图5的俯视图，图5中箭头方向为拖车的运动方向。

在此测量模式下，片光鱼雷体2和CCD鱼雷体3处于同一水平面，且CCD鱼雷体3位于片光鱼雷体2的侧后方。片光鱼雷体2包括片光模块8和反射镜模块10，CCD鱼雷体3包括CCD模块9。

片光模块8发射的片光经反射镜模块10反射后从侧面打到被测模型上后反射，被尾部的CCD模块9捕捉。

实施例3：尾部打光，上面摄像

如图8、图9、图10所示，是尾部打光，上面摄像状态的布局图。其中图8为z-x平面，图9为z-y平面，图10为y-x平面，即图9是图8的左视图，图10是图8的俯视图，图8中箭头方向为拖车的运动方向。

在此测量模式下，片光鱼雷体2和CCD鱼雷体3处于同一垂直面，且片光鱼雷体2位于CCD鱼雷体3的下后方。片光鱼雷体2包括片光模块8，CCD鱼雷体3包括CCD模块9和反射镜模块10。

片光模块8发射的片光从尾部打到被测模型上后反射，然后经反射镜模块10反射后被上方的CCD模块9捕捉。

实施例4：侧面打光，上面摄像

如图11、图12、图13所示，是侧面打光，上面摄像状态的布局图。其中图11为z-x平面，图12为z-y平面，图13为y-x平面，即图12是图11的左视图，图13是图11的俯视图，图11中箭头方向为拖车的运动方向。

在此测量模式下，片光鱼雷体2和CCD鱼雷体3既不处于同一水平面，也不处于同一垂直面，片光鱼雷体2位于CCD鱼雷体3的下后侧方。片光鱼雷体2包括片光模块8，CCD鱼雷体3包括CCD模块9和反射镜模块10。

片光模块8发射的片光从侧面打到被测模型上后反射，然后经反射镜模块10反射后被上方的CCD模块9捕捉。

实施例5：侧面打光，侧面摄像

如图14、图15、图16所示，是侧面打光，侧面摄像状态的布局图。其中图14为z-x平面，图15为z-y平面，图16为y-x平面，即图15是图14的左视图，图16是图14的俯视图，图14中箭头方向为拖车的运动方向，图15、图16中箭头方向为CCD拍摄方向。

在此测量模式下，片光鱼雷体2和CCD鱼雷体3相互连接为一体，且片光鱼雷体2在前、CCD鱼雷体3在后，且在片光鱼雷体2的片光模块8前方也装有一个CCD模块9和一个反射镜模块10，因此共有两个CCD模块9以及两个反射镜模块10。

处于中部的片光模块8发射的片光从侧面打到被测模型上后反射，经前后两个反射镜模块10反射后被侧面的前后两个CCD模块9捕捉，得到3D的测试数据。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种拖曳水池随车式PIV测试装置，包括安装于水面上的拖车、处于水面下的片光鱼雷体和CCD鱼雷体，以及安装于拖车上的激光器，其特征在于：所述片光鱼雷体及CCD鱼雷体分别通过各自的支架与所述拖车连接。

2.根据权利要求1所述拖曳水池随车式PIV测试装置，其特征在于：所述激光器通过安装于支架内的导光臂与片光鱼雷体连接。

3.根据权利要求1所述拖曳水池随车式PIV测试装置，其特征在于：所述片光鱼雷体内设有片光模块。

4.根据权利要求1所述拖曳水池随车式PIV测试装置，其特征在于：所述CCD鱼雷体内设有CCD模块。

5.根据权利要求1所述拖曳水池随车式PIV测试装置，其特征在于：所述片光鱼雷体或CCD鱼雷体内设有反射镜模块。

6.根据权利要求1所述拖曳水池随车式PIV测试装置，其特征在于：所述片光鱼雷体和CCD鱼雷体相连接。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述拖曳水池随车式PIV测试装置，其特征在于：所述片光鱼雷体和CCD鱼雷体为水平圆柱型。