CN105292379B - 一种用于舰船空气流场可视化显示的测试方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于舰船空气流场可视化显示的测试方法，步骤为：(1)在试验舰机库顶部布置一排发烟器，在机库两侧各布置一组发烟器，同时在飞行甲板表面确定三处发烟位置；(2)试验舰根据试验要求工况，调节航向和航速；(3)控制机库顶部和机库两侧的发烟器发烟，测试直升机与试验舰保持同步并悬停跟进飞行，分别从三个不同位置记录俯视影像、整体轴视影像、侧视图影像；(4)测试直升机位置不变，关闭机库顶部和机库两侧的发烟器，同时使得试验人员手持烟雾弹位于飞行甲板表面确定好的三处发烟位置处，测试直升机记录侧视图影像；(5)重复上述过程，全部试验工况的测试，并通过测试直升机拍摄的视频图像获取涡流区的边界。

Description

一种用于舰船空气流场可视化显示的测试方法
技术领域
本发明涉及一种舰船尾部空气流场的测试方法。
背景技术
烟线法定性测量是指采用“烟线法”记录实际舰艉的流场形态。通过合理布置发烟器，烟气可以直观地表现出流场形态，并通过拍摄照片、视频将其记录下来。通过烟线可以使得流场显化，拍摄的相片可以显示流场的瞬态结构尺寸，视频可以显示流场的动态变化过程，其结果可以用于指导定量测量、风洞试验、仿真试验，并为测量的数据结果提供对比依据。
总体来讲，限于技术手段和组织能力，我国目前还没有开展过驱护舰烟线法测量试验，相关研究相对薄弱。而自直升机装舰以来，美、英等西方国家针对这一问题已经进行了深入的理论和试验研究。目前西方国家主要采取在机库顶部布置发烟，在配试舰的配合下进行烟雾流动拍摄记录，主要方法大致为：将发烟器布置于试验舰机库顶端边缘，采用橙色“烟线”对选定的风速条件进行可视化记录。有色烟线被两个位置的摄像机同时记录。如图1所示，一台摄像机布置在上甲板的机库大门之间，向下俯视，另一台迎风布置在飞行甲板侧方。这样当烟通过飞行甲板时，可以同时得到俯视和侧视的“烟线图”，具体可参见文献D.T.HOURIGAN,C.W.SUTTON,INSTRUMENTATION FOR AIRWAKE MEASUREMENTS ON THEFLIGHT DECK OF A FFG-7,F.J.BIRD Flight Mechanics,Technical Memorandum 450,AR-006-623。
上述方法的主要缺陷存在于三个方面：
(1)烟雾发生器在机库顶部发烟，而俯拍的拍摄设备位于甲板的机库大门之间，当烟雾出现时，摄像机被浓烟笼罩，拍摄效果只能是一团浓烟，无法拍摄出流场瞬态结构尺寸及动态变化过程；
(2)另一个拍摄设备在试验舰甲板边缘，横向距离发烟源距离过近，由于摄像机焦距的限制，无法对流场形态进行整体范围的拍摄，对于确定艉流场涡区边界不利；
(3)流场拍摄角度、发烟位置、发烟颜色及其发烟方式单一，不能全方位对艉流场结构进行描述。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于舰船空气流场可视化显示的测试方法，通过对艉流场发烟拍摄角度、发烟位置、方式进行改进，显著提高了测试效果。
本发明的技术解决方案是：一种用于舰船空气流场可视化显示的测试方法，包括如下步骤：
(1)在试验舰机库顶部布置一排发烟器，在机库两侧各布置一组发烟器，同时在飞行甲板表面确定三处发烟位置，分别是甲板的涡流区、舰载直升机前极限位置和舰载直升机着舰点；
(2)试验舰根据试验要求工况，调节航向和航速；
(3)控制机库顶部和机库两侧的发烟器发烟，测试直升机飞至第一拍摄位置，与试验舰保持同步并悬停跟进飞行，向下俯视拍摄，记录俯视影像；所述的第一位置在试验舰飞行甲板正上方，距海平面6倍的机库高度处；
(4)测试直升机飞至第二拍摄位置，与试验舰保持同步并悬停跟进飞行，拍摄记录发烟的轴测视图影像；所述的第二位置在试验舰左后方或者右后方45度位置，且距海平面6倍的机库高度，水平距离试验舰6倍的船体宽度处；
(5)测试直升机飞至第三拍摄位置，与试验舰保持同步并悬停跟进飞行，向侧面拍摄，记录侧视图影像；所述的第三位置在试验舰的左侧方或者右侧方，且距离海平面上方1.5～2倍的最低飞行高度，水平距离试验舰6倍的船体宽度处；
(6)测试直升机位置不变，与试验舰保持同步并悬停跟进飞行，关闭机库顶部和机库两侧的发烟器，使试验人员手持烟雾弹同时位于飞行甲板表面确定好的三处发烟位置处，测试直升机记录侧视图影像；
(7)测试直升机退出，试验舰根据试验要求工况，再次调节航向和航速，然后重复步骤(3)～(6)，直至完成全部试验工况的测试；
(8)对于各试验工况，通过测试直升机拍摄的视频图像获取涡流区的边界并与理论计算结果进行比对，验证理论计算结果的正确性。
所述的一排发烟器或者一组发烟器在发烟时至少包括三种不同颜色的烟雾。所述的测试直升机在第一位置的拍摄时间为3分钟。所述的测试直升机在第二位置的拍摄时间为1分钟。所述的测试直升机在第三位置拍摄机库顶部和机库两侧的发烟器发烟的时间为3分钟，拍摄试验人员手持烟雾弹产生烟雾的时间为2分钟。所述的飞行甲板表面三处发烟位置分别为甲板表面距离机库6m、8m和13m的位置。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明方法通过多点、多色进行发烟，并进行空中三维度立体拍摄，可以准确得到流场瞬态结构尺寸及动态变化过程，提高测试的准确性；
(2)本发明方法通过在甲板之外进行拍摄可以得到流场的整体范围，特别有利于确定艉流场涡区的边界；
(3)本发明方法采用多角度对流场进行立体拍摄，特别有利于全方位对艉流场结构进行描述。
附图说明
图1为国外流场发烟拍摄位置示意图；
图2为本发明直升机拍摄第一位置示意图；
图3为本发明直升机拍摄第二位置示意图；
图4为本发明直升机拍摄第三位置示意图；
图5为本发明机库两侧发烟位置示意图；
图6为本发明飞行甲板位置处发烟示意图；
图7为本发明方法的流程框图。
具体实施方式
本发明方法主要从艉流场发烟拍摄角度、发烟位置、方式进行改进。
1、发烟拍摄角度
发烟器布置于试验舰机库顶端边缘，选用三种不同色彩的发烟器发烟，彩色烟线通过直升机在3个位置进行空中拍摄：
A)第一位置：如图2所示，直升机在飞行甲板正上方(距海平面6倍的机库高度，如60m)悬停跟进飞行，与试验舰保持同步(航向航速相同)，向下俯视拍摄，记录俯视图；
B)第二位置：如图3所示，直升机在舰船左后方或者右后方45度位置(距海平面6倍的机库高度，如60m，水平距离舰船6倍的船体宽度处，如100m)悬停跟进飞行，与舰船保持同步，拍摄记录发烟的轴测视图影像；
C)第三位置：如图4所示，直升机在舰船甲板左侧方或者右侧方(海平面上方1.5～2倍的最低飞行高度，如20m，水平距离舰船6倍的船体宽度处，如100m)悬停跟进飞行，与舰船保持同步，向侧面拍摄，记录侧视图。
2、发烟位置
在舰船三个不同位置布置发烟，从气流流过舰船后的整体变化过程、整体涡流区范围到从单一流线的细致观测，对艉流场全方面地进行分析，主要发烟位置有：
A)机库顶部布置一排(十组发烟器)，观测艉流场地整体变化，如图2～4所示；
B)机库两侧各布置一组发烟器，观测前方来流经过机库两侧后到达甲板区域的两根流线地详细变化，与理论分析的“圆柱绕流”进行细致对比分析，如图5所示；
C)甲板表面在距离机库6m(涡流区)、8m(直升机前极限位置附近)、13m(直升机着舰点附近)三处各手持发烟弹。观测艉流在甲板不同位置的发烟，如图6所示。
3、发烟形式
为了对艉流场全方面地进行分析，除进行各位置处的发烟器发烟外，还在甲板不同位置手持发烟。
A)发烟器形式发烟，如图2～5所示；
B)手持发烟形式，如图6所示。
4、试验过程
1)试验舰根据试验要求工况需求调节舰船航向、航速；
2)直升机飞至甲板正上方，待指挥员通知舰船工况调节完毕后，调整直升机至第一位置，直升机与舰船保持同步(航向航速相同)，保持3分钟(烟雾稳定)的拍摄时间；
3)直升机退到第二位置，直升机与舰船保持同步(航向航速相同)，待浓烟出现后，保持1分钟(烟雾稳定)拍摄的拍摄时间；
4)直升机迅速调整至第三位置，直升机与舰船保持同步(航向航速相同)，待浓烟出现后，保持3分钟(烟雾稳定)拍摄的拍摄时间；
5)直升机位置不变，待出现烟雾后(试验人员手持烟雾弹)，保持2分钟(烟雾稳定)拍摄的拍摄时间；
6)直升机退出，在舰船附近盘旋20～30分钟，待舰船工况调整完毕、发烟弹调整完毕，直升机重复以上步骤，完成各试验工况。
7)通过视频图像获取涡流区的边界并与理论计算结果进行比对，验证理论计算的正确性。整个流程如图7所示。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种用于舰船空气流场可视化显示的测试方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在试验舰机库顶部布置一排发烟器，在机库两侧各布置一组发烟器，同时在飞行甲板表面确定三处发烟位置，分别是甲板的涡流区、舰载直升机前极限位置和舰载直升机着舰点；
(2)试验舰根据试验要求工况，调节航向和航速；
(3)控制机库顶部和机库两侧的发烟器发烟，测试直升机飞至第一拍摄位置，与试验舰保持同步并悬停跟进飞行，向下俯视拍摄，记录俯视影像；所述的第一拍摄位置在试验舰飞行甲板正上方，距海平面6倍的机库高度处；
(4)测试直升机飞至第二拍摄位置，与试验舰保持同步并悬停跟进飞行，拍摄记录发烟的轴侧视图影像；所述的第二拍摄位置在试验舰左后方或者右后方45度位置，且距海平面6倍的机库高度，水平距离试验舰6倍的船体宽度处；
(5)测试直升机飞至第三拍摄位置，与试验舰保持同步并悬停跟进飞行，向侧面拍摄，记录侧视图影像；所述的第三拍摄位置在试验舰的左侧方或者右侧方，且距离海平面上方1.5～2倍的最低飞行高度，水平距离试验舰6倍的船体宽度处；
(6)测试直升机位置不变，与试验舰保持同步并悬停跟进飞行，关闭机库顶部和机库两侧的发烟器，使试验人员手持烟雾弹同时位于飞行甲板表面确定好的三处发烟位置处，测试直升机记录侧视图影像；
(7)测试直升机退出，试验舰根据试验要求工况，再次调节航向和航速，然后重复步骤(3)～(6)，直至完成全部试验工况的测试；
(8)对于各试验工况，通过测试直升机拍摄的视频图像获取涡流区的边界并与理论计算结果进行比对，验证理论计算结果的正确性。
2.根据权利要求1所述的一种用于舰船空气流场可视化显示的测试方法，其特征在于：所述的一排发烟器或者一组发烟器在发烟时至少包括三种不同颜色的烟雾。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于舰船空气流场可视化显示的测试方法，其特征在于：所述的测试直升机在第一拍摄位置的拍摄时间为3分钟。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于舰船空气流场可视化显示的测试方法，其特征在于：所述的测试直升机在第二拍摄位置的拍摄时间为1分钟。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于舰船空气流场可视化显示的测试方法，其特征在于：所述的测试直升机在第三拍摄位置拍摄机库顶部和机库两侧的发烟器发烟的时间为3分钟，拍摄试验人员手持烟雾弹产生烟雾的时间为2分钟。
6.根据权利要求1或2所述的一种用于舰船空气流场可视化显示的测试方法，其特征在于：所述的飞行甲板表面确定好的三处发烟位置分别为甲板表面距离机库6m、8m和13m的位置。
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