CN107917792B - 低速风洞多截面片光流动显示系统 - Google Patents

低速风洞多截面片光流动显示系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低速风洞多截面片光流动显示系统，该系统包括粒子发生器，导轨，分光组件，固定架，高能激光器，图像记录仪，试验模型。分光组件分别通过固定架安装在导轨上，导轨上按实际需求可设置数个分光组件。激光通过分光组件形成片光，分别照亮试验模型不同截面位置，通过图像记录仪可以同时记录流场中不同截面流动显示图像。本发明的显示系统采用多级分光技术，突破了现有片光流动显示技术中的光路限制，与现有多截面片光流动显示技术相比，本发明采用的多级分光技术，可同时显示空间多截面流动状态，弥补了常规流动显示方法在非定常流动显示方面的不足。

Description

低速风洞多截面片光流动显示系统
技术领域
本发明所属的领域是实验空气动力学领域,具体涉及一种低速风洞多截面片光流动显示系统。
背景技术
传统片光流动显示系统包括试验模型、激光片光装置、粒子发生器和照相机，片光流动显示方法为在风洞中投放示踪粒子，用激光片光装置照亮试验模型待测量区域，用照相机记录待测区域的流动图像。
传统的片光流动显示技术中，激光片光常固定于模型表面某个位置，仅能得到流场中该平面内的流动图像，不利于了解空间流场特性。
近期在传统试验技术基础上，发展了多片光试验技术，例如公开号为104458187A的中国专利记载了一种风洞多片光流动显示系统及其图像三维重建方法，该方法获得不同独立截面的流动显示扫描结果，但无法获取多截面的实时变化结果，无法获取流场中参数的时间同步变化结果。
发明内容
本发明解决的技术问题是，提供一种低速风洞多截面片光流动显示系统，该系统能够获取多截面的实时变化结果，可同时显示空间多截面流动状态。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术如下：
一种低速风洞多截面片光流动显示系统，该系统包括粒子发生器、导轨、分光组件、固定架、高能激光器、图像记录仪、试验模型；所述粒子发生器设置在试验模型上游，用于产生示踪粒子并向下游试验模型周围布撒。导轨上按实际需求可设置数个分光组件，分光组件分别通过固定架安装在导轨上，固定架可沿导轨平移，并可在导轨任意位置固定。高能激光器安装在导轨上方，高能激光器产生的激光沿导轨方向入射，通过分光组件形成片光与次级入射激光，次级入射激光照射至下一级分光组件中形成新的片光与次级入射激光，多级分光组件形成的片光分别照亮试验模型不同截面位置，通过图像记录仪可以同时记录流场中不同截面流动显示图像。
本发明还具有如下技术特征：
所述分光组件包括分光镜、透镜、反射镜、导光筒、分光镜筒、透镜筒、入射光孔挡板、出射光孔挡板，所述分光镜固定在分光镜筒中，所述透镜固定在透镜筒中，所述分光镜筒与透镜筒同轴安装。
所述分光镜筒两侧分别开设有入射光孔及出射光孔，所述入射光孔和出射光孔的轴线平行，分光镜与入射光孔轴线呈45°夹角。所述导光筒轴线与透镜筒轴线垂直，透镜筒内的反射镜与导光筒轴线、透镜筒内的反射镜与透镜筒轴线均呈45°夹角，透镜筒可绕导光筒轴线旋转，其中的反射镜可将反射激光反射至透镜筒轴线方向。所述导光筒轴线与分光镜筒轴线垂直，导光筒内的反射镜与导光筒轴线、导光筒内的反射镜与分光镜筒轴线均呈45°夹角，导光筒可绕分光镜筒轴线方向旋转，导光筒内的反射镜可将反射激光反射至导光筒轴线方向。
所述分光组件通过固定架安装在导轨上，入射光孔轴线与导轨轴线方向平行。激光沿导轨通过入射光孔后，照射在分光镜上形成次级入射激光与反射激光，反射激光经过导光筒内反射镜后，沿导光筒轴线方向射到透镜筒中的反射镜，之后照射到透镜上，形成片光照亮试验模型流场区域。
所述透镜筒中透镜可绕透镜筒轴线方向旋转，以此方式调整形成的片光平面方向。
所述次级入射激光穿透分光镜后沿出射光孔射出，照射至下一分光组件中，形成新的片光与次级入射激光。
不使用分光组件时，可将入射光孔挡板、出射光孔挡板闭合，起到保护内部镜面、防尘、防激光射出功能。
附图说明
图1 为本发明低速风洞多截面片光流动显示系统结构示意图；
图2 为本发明中分光组件主视图；
图3为本发明中分光组件右视图；
图4 为本发明低速风洞多截面片光流动显示系统实施例一结构示意图；
图5 为为本发明的具体低速风洞多截面片光流动显示系统实施例一结构示意图.
其中，各零部件标记为：1、粒子发生器，2、导轨，3、片光组件4、高能激光器，5、图像记录仪，6、试验模型，7、风洞，31、分光镜，32、出射光孔挡板，33、分光镜筒，34、导光筒反射镜，35、透镜，36、透镜筒，37、固定架，38、入射光孔挡板，39、导光筒，40、透镜筒反射镜，301、第一级片光组件，302、第二级片光组件，303、第三级片光组件，304、第四级片光组件。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种低速风洞多截面片光流动显示系统，包括粒子发生器1、导轨2、分光组件3、固定架37、高能激光器4、图像记录仪5、试验模型6；粒子发生器1设置在试验模型6上游，用于产生示踪粒子并向下游试验模型周围布撒。导轨2上按实际需求可设置数个分光组件3，分光组件3分别通过固定架37安装在导轨2上，固定架37可沿导轨2平移，并可在导轨2任意位置固定。高能激光器4安装在导轨3上方，高能激光器4产生的激光沿导轨2方向入射，通过分光组件3形成片光与次级入射激光，次级入射激光照射至下一级分光组件中形成新的片光与次级入射激光，多级分光组件形成的片光分别照亮试验模型不同截面位置，通过图像记录仪可以同时记录流场中不同截面流动显示图像。
如图2和3所示，分光组件3包括分光镜31、透镜35、反射镜、导光筒39、分光镜筒33、透镜筒36、入射光孔挡板38、出射光孔挡板32。分光镜31固定在分光镜筒33中，透镜35固定在透镜筒36中，分光镜筒33与透镜筒36同轴安装。
所述分光镜筒33两侧分别开设有入射光孔及出射光孔，入射光孔和出射光孔的轴线平行，分光镜31与入射光孔轴线呈45°夹角。导光39筒轴线与透镜筒36轴线垂直，透镜筒反射镜40与导光筒轴线、透镜筒反射镜40与透镜筒36轴线均呈45°夹角，透镜筒36可绕导光筒39轴线旋转，透镜筒反射镜40可将反射激光反射至透镜筒36轴线方向。
导光筒39轴线与分光镜筒33轴线垂直，导光筒反射镜34与导光筒39轴线、导光筒反射镜34与分光镜筒33轴线均呈45°夹角，导光筒39可绕分光镜31筒轴线方向旋转，导光筒反射镜34可将反射激光反射至导光筒39轴线方向。
分光组件3通过固定架安装在导轨2上，入射光孔轴线与导轨2轴线方向平行。激光沿导轨2通过入射光孔后，照射在分光镜31上形成次级入射激光与反射激光，反射激光经过导光筒反射镜34后，沿导光筒39轴线方向射到透镜筒反射镜40，之后照射到透镜35上，形成片光照亮试验模型流场区域。
不使用分光组件3时，可将入射光孔挡板38、出射光孔挡板32闭合，起到保护内部镜面、防尘、防激光射出功能。
实施例一
如图4所示，粒子发生器1设置在试验模型上游，用于产生示踪粒子并向下游试验模型6周围布撒。沿风洞7气流流动方向安置导轨2，导轨2上沿流向分别设置4个分光组件301、302、303、304，分光组件301、302、303、304分别通过固定架安装在导轨上，调节分光组件301、302、303、304的位置到对应截面位置处固定。高能激光器4安装在导轨2上方，高能激光器4产生的激光沿导轨2方向入射，照射在分光组件301上，形成第一道片光与次级入射激光；次级入射激光照射至分光组件302中，形成第二道片光与次级入射激光；次级入射激光照射至分光组件303中，形成第三道片光与次级入射激光；次级入射激光照射至分光组件304中，形成最后一道片光。经过四级片光组件分别照亮试验模型不同截面位置，在风洞下游设置图像记录仪5，拍摄整个试验流场，通过图像记录仪5可以同时记录流场中不同截面流动显示图像，完成试验模型流场的多截面同步流动显示。
实施例二
如图5所示，粒子发生器1设置在试验模型上游，用于产生示踪粒子并向下游试验模型6周围布撒。沿风洞7气流流动方向安置导轨2，导轨2上沿流向分别设置4个分光组件301、302、303，分光组件301、302、303分别通过固定架安装在导轨上，调节分光组件301、302、303的位置到对应截面位置处固定。高能激光器4安装在导轨2上方，高能激光器4产生的激光沿导轨2方向入射，照射在分光组件301上，形成第一道片光与次级入射激光；次级入射激光照射至分光组件302中，形成第二道片光与次级入射激光；次级入射激光照射至分光组件303中，形成第三道片光。调整三组片光组件透镜筒位置，将所射出片光平面与模型上表面垂直，调整302片光组件中透镜的位置，使出射片光绕透镜筒轴线旋转90°，与气流方向平行。三组片光分别照亮试验模型不同截面位置，在风洞下游设置图像记录仪5，拍摄整个试验流场，通过图像记录仪5可以同时记录流场中不同截面流动显示图像，完成试验模型流场的多截面同步流动显示。

Claims (4)

1.一种低速风洞多截面片光流动显示系统，包括粒子发生器、导轨、分光组件、固定架、高能激光器、图像记录仪和试验模型，其特征在于：所述导轨上设置数个分光组件，所述数个分光组件依次同向并排，分光组件分别通过固定架安装在导轨上，固定架可沿导轨平移，并且固定架可在导轨任意位置固定；所述高能激光器安装在导轨上方，高能激光器产生的激光沿导轨方向入射，通过分光组件形成片光与次级入射激光，次级入射激光照射至下一级分光组件中形成新的片光与次级入射激光，多级分光组件形成的片光分别照亮试验模型不同截面位置，通过图像记录仪同时记录流场中不同截面流动显示图像； 所述分光组件包括分光镜、透镜、反射镜、分光镜筒、导光筒、透镜筒、入射光孔挡板、出射光孔挡板；所述分光镜筒两侧分别开设有入射光孔及出射光孔，所述入射光孔和出射光孔的轴线平行；所述分光镜与入射光孔轴线呈45°夹角；
所述导光筒轴线与分光镜筒轴线垂直，导光筒内的反射镜与导光筒轴线、导光筒内的反射镜与分光镜筒轴线均呈45°夹角；所述导光筒可绕分光镜筒轴线方向旋转，导光筒内的反射镜可将反射激光反射至导光筒轴线方向；
所述导光筒轴线与透镜筒轴线垂直，透镜筒内的反射镜与导光筒轴线、透镜筒内的反射镜与透镜筒轴线均呈45°夹角，透镜筒可绕导光筒轴线旋转，其中的反射镜可将反射激光反射至透镜筒轴线方向；
所述透镜筒中透镜可绕透镜筒轴线方向旋转，以此方式调整形成的片光平面方向。
2.根据权利要求1所述的低速风洞多截面片光流动显示系统，其特征在于：所述分光组件的入射光孔轴线与导轨轴线方向平行。
3.根据权利要求1所述的低速风洞多截面片光流动显示系统，其特征在于：所述分光组件根据试验实际需求设置一个或多个。
4.根据权利要求1所述的低速风洞多截面片光流动显示系统，其特征在于：不使用所述分光组件时，可将入射光孔挡板、出射光孔挡板闭合，以防激光射出造成伤害。
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