CN107091722A - 一种风洞流场观测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风洞流场观测系统，包括：风洞装置；位移控制装置，用于控制物体模型在风洞装置内位置移动；示踪粒子产生装置，用于向风洞装置内添加示踪粒子；光源装置，用于向风洞装置内照射光；摄像装置，用于拍摄风洞装置内的流场图像；图像处理装置，用于根据摄像装置拍摄的一序列流场图像以及位移控制装置记录的物体模型位置信息，构建三维流场结构图像。本发明风洞流场观测系统，通过位移控制装置控制物体模型在风洞装置内位置移动，通过拍摄到试验过程中风洞装置内的一序列流场图像，根据拍摄的一序列流场图像以及位移控制装置记录的物体模型位置信息，构建出三维流场结构图像，从而实现获得风洞内流场的三维流场结构。

Description

一种风洞流场观测系统

技术领域

本发明涉及流体动力技术领域，特别是涉及一种风洞流场观测系统。

背景技术

风洞试验是指在风洞中设置物体模型，比如飞行器，研究气体流动及其与模型的相互作用，以了解实际物体的空气动力学特性的一种空气动力实验方法。风洞试验不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，而且在交通运输、风能利用等方面得到更广泛的应用。

流场观测是指借助物理或者化学的等流场显示手段，使高超声速/超声速风洞中无色透明的气流成为可见气流进行观察、记录和分析。利用流场观测方法，能够直接观测到气体流动的物理图像，从而加深对气体流动本质机理的认识并发现气体流动中存在的问题。

现有技术中，高超声速/超声速风洞流场显示方案中的一种主要方法是示踪方法，通过在流场中添加物质，比如有色液体、粒子等，通过照相观测添加物随气体流动的图像，如平面纳米粒子追踪瑞利散射技术、油流和粒子测速技术等等。

尽管上述方案均能有效地获得相应的流场结构，但也存在明显不足。对于添加液体的传统观测方法，可能会影响气体流场的结构，并且也无法从图像中获得三维流场结构；对于添加粒子的流场观测方法，比如平面纳米粒子追踪瑞利散射技术、粒子测速技术等，只能获得流场某一平面流场结构，也无法在一次试验中获得流场的三维结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种风洞流场观测系统，能够获得风洞内流场的三维流场结构。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种风洞流场观测系统，包括：

风洞装置；

位移控制装置，用于控制物体模型在所述风洞装置内位置移动；

示踪粒子产生装置，用于向所述风洞装置内添加示踪粒子；

光源装置，用于向所述风洞装置内照射光；

摄像装置，用于拍摄所述风洞装置内的流场图像；

图像处理装置，用于根据所述摄像装置拍摄的一序列流场图像以及所述位移控制装置记录的物体模型位置信息，构建三维流场结构图像。

可选地，所述风洞装置包括依次连通的稳定段、喷管、试验段和真空球；

所述示踪粒子产生装置设置在所述风洞装置的所述稳定段一端，所述物体模型放置在所述试验段内。

可选地，所述示踪粒子产生装置用于产生高湿度空气或者纳米粒子。

可选地，所述光源装置包括：

激光器，用于产生激光；

光传导部，用于将所述激光器产生的激光引导，形成平面光照射到所述风洞装置。

可选地，所述位移控制装置具体用于控制所述物体模型沿水平方向移动或者沿竖直方向移动。

可选地，所述位移控制装置还用于控制所述物体模型的移动速度。

可选地，还包括与所述示踪粒子产生装置、所述光源装置、所述摄像装置、所述位移控制装置分别相连的、用于对各装置在时间上进行同步控制的同步控制装置。

可选地，包括多个所述摄像装置，随所述物体模型的位置移动由各所述摄像装置轮流拍摄流场图像。

可选地，所述摄像装置包括CCD相机。

由上述技术方案可知，本发明所提供的风洞流场观测系统，包括风洞装置、位移控制装置、示踪粒子产生装置、光源装置、摄像装置和图像处理装置。其中，由示踪粒子产生装置向风洞装置内添加示踪粒子，由光源装置向风洞装置内照射光，由摄像装置拍摄风洞装置内的流场图像。

将物体模型置于风洞装置中进行流场观测时，通过位移控制装置控制物体模型在风洞装置内位置移动，由摄像装置拍摄试验过程中风洞装置内的一序列流场图像，图像处理装置根据拍摄的一序列流场图像以及位移控制装置记录的物体模型位置信息，构建出三维流场结构图像。因此，本发明风洞流场观测系统，能够获得风洞内流场的三维流场结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种风洞流场观测系统的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种风洞流场观测系统，包括：

风洞装置；

位移控制装置，用于控制物体模型在所述风洞装置内位置移动；

示踪粒子产生装置，用于向所述风洞装置内添加示踪粒子；

光源装置，用于向所述风洞装置内照射光；

摄像装置，用于拍摄所述风洞装置内的流场图像；

图像处理装置，用于根据所述摄像装置拍摄的一序列流场图像以及所述位移控制装置记录的物体模型位置信息，构建三维流场结构图像。

本实施例风洞流场观测系统中，由示踪粒子产生装置向风洞装置内添加示踪粒子，示踪粒子随风洞装置内气体流场移动；光源装置向风洞装置内照射光，具体为光源装置向风洞装置内发出平面光，由摄像装置拍摄流场图像。

在将物体模型置于风洞装置中进行流场试验过程中，通过位移控制装置控制物体模型在风洞装置内位置移动，随物体模型位置移动，摄像装置拍摄到试验过程中风洞装置内的一序列流场图像，图像处理装置根据拍摄的一序列流场图像以及位移控制装置记录的物体模型位置信息，构建出三维流场结构图像。因此，本实施例风洞流场观测系统，能够获得风洞内的三维流场结构。

下面结合附图以及具体实施方式对本实施例风洞流场观测系统进行详细说明。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的一种风洞流场观测系统的示意图。由图可知，本实施例风洞流场观测系统包括风洞装置1、位移控制装置2、示踪粒子产生装置3、光源装置4、摄像装置5和图像处理装置6。

示例性的，本实施例中风洞装置1包括依次连通的稳定段10、喷管11、试验段12和真空球13。由真空球13形成负压，控制在风洞装置内形成气体流场。所述物体模型放置在所述试验段12内。所述示踪粒子产生装置3设置在所述风洞装置的所述稳定段10一端，通过风洞装置稳定段10向风洞装置内添加示踪粒子。

可选的，所述示踪粒子产生装置3可以产生高湿度空气，以凝结的小液滴作为示踪粒子；或者所述示踪粒子产生装置3可以产生纳米粒子，或者也可以是其它类型的示踪粒子。

光源装置4用于向所述风洞装置1内照射光，具体为向风洞装置1内照射平面光。在发出照射光时相应由摄像装置5拍摄在当前照射光下的流场图像。

具体的，所述光源装置4包括：激光器40，用于产生激光；光传导部41，用于将所述激光器产生的激光引导，形成平面光照射到所述风洞装置。光源装置4产生的平面光在风洞装置1的照射位置固定，照射在风洞装置1的试验段处。

位移控制装置2用于控制物体模型在所述风洞装置1内位置移动，在将物体模型置于风洞装置内进行流场试验过程中，照射光位置与摄像装置的位置固定，由位移控制装置2控制物体模型位置移动，随物体模型位置移动，摄像装置拍摄到一序列不同位置且连续的流场图像。

具体的，位移控制装置2具体用于控制所述物体模型沿水平方向移动或者沿竖直方向移动。在流场试验过程中，由位移控制装置2控制物体模型连续地沿水平方向移动、竖直方向移动，拍摄获得物体模型在移动过程中风洞装置内的一序列瞬时流场图像。

位移控制装置2控制物体模型以预设速度沿水平方向或者竖直方向移动，位移控制装置2可控制物体模型的移动速度，来控制在一定移动距离内拍摄到的流场图像数量，能够调整所构建的三维流场图像的分辨率。比如，减小物体模型的位置移动速度，在相同移动距离内拍摄到的流场图像数量增多，可提高所构建的三维流场图像的分辨率。

进一步的，本实施例风洞流场观测系统还包括与所述示踪粒子产生装置3、所述光源装置4、所述摄像装置5、所述位移控制装置2分别相连的、用于对各装置在时间上进行同步控制的同步控制装置7。

通过同步控制装置7控制各装置的动作，比如，在将物体模型置于风洞装置后，系统开启运行，同步控制装置7控制示踪粒子产生装置3向风洞装置1内释放示踪粒子，一段时间(待风洞装置内流场稳定)后，同步控制装置7控制光源装置4发出平面光照射到风洞装置，同时控制摄像装置5拍摄图像，在试验过程中同步控制装置7控制位移控制装置2，通过位移控制装置2控制物体模型移动，拍摄到试验过程中随物体模型移动的一序列流场图像。

优选的，可设置多个摄像装置5。考虑到摄像装置的传输速率，随物体模型位置移动，可控制由多个摄像装置5轮流拍摄风洞装置内的流场图像，由各摄像装置拍摄的流场图像传输到图像处理装置6，有助于提高所构建的三维流场图像的精确性。通过拓展摄像装置的数量，可以对风洞装置试验段全局流场进行重构。由多个摄像装置5进行轮流拍摄图像，可通过同步控制装置7进行控制。

摄像装置5拍摄的流场图像传输给图像处理装置6，所述图像处理装置6用于根据所述摄像装置5拍摄的一序列流场图像以及所述位移控制装置记录的物体模型位置信息，构建三维流场结构图像。

可选的，摄像装置5可以是CCD相机。

本实施例风洞流场观测系统，采用非接触性流场显示技术，通用性较好，能广泛拓展应用于各类型的高超声速/超声速风洞流场观测，比如自由射流风洞、直流式连续风洞等，且本系统操作简便，易于控制，有广泛的应用价值。并且，本风洞流场观测系统可在一次试验中获得带位置信息的一序列流场图像，进而实现对各种复杂试验模型三维流场结构的有效重构，特别适用于三维效应明显的流场研究。

以上对本发明所提供的一种风洞流场观测系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种风洞流场观测系统，其特征在于，包括：

风洞装置；

位移控制装置，用于控制物体模型在所述风洞装置内位置移动；

示踪粒子产生装置，用于向所述风洞装置内添加示踪粒子；

光源装置，用于向所述风洞装置内照射光；

摄像装置，用于拍摄所述风洞装置内的流场图像；

图像处理装置，用于根据所述摄像装置拍摄的一序列流场图像以及所述位移控制装置记录的物体模型位置信息，构建三维流场结构图像。

2.根据权利要求1所述的风洞流场观测系统，其特征在于，所述风洞装置包括依次连通的稳定段、喷管、试验段和真空球；

所述示踪粒子产生装置设置在所述风洞装置的所述稳定段一端，所述物体模型放置在所述试验段内。

3.根据权利要求2所述的风洞流场观测系统，其特征在于，所述示踪粒子产生装置用于产生高湿度空气或者纳米粒子。

4.根据权利要求1所述的风洞流场观测系统，其特征在于，所述光源装置包括：

激光器，用于产生激光；

光传导部，用于将所述激光器产生的激光引导，形成平面光照射到所述风洞装置。

5.根据权利要求1所述的风洞流场观测系统，其特征在于，所述位移控制装置具体用于控制所述物体模型沿水平方向移动或者沿竖直方向移动。

6.根据权利要求5所述的风洞流场观测系统，其特征在于，所述位移控制装置还用于控制所述物体模型的移动速度。

7.根据权利要求1-6任一项所述的风洞流场观测系统，其特征在于，还包括与所述示踪粒子产生装置、所述光源装置、所述摄像装置、所述位移控制装置分别相连的、用于对各装置在时间上进行同步控制的同步控制装置。

8.根据权利要求1-6任一项所述的风洞流场观测系统，其特征在于，包括多个所述摄像装置，随所述物体模型位置移动由各所述摄像装置轮流拍摄流场图像。

9.根据权利要求1所述的风洞流场观测系统，其特征在于，所述摄像装置包括CCD相机。