CN109297671A - 用于飞机客舱空气流场流动显示的粒子图像测速试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于飞机客舱空气流场流动显示的粒子图像测速试验装置。本发明的试验装置包括：激光器，其设置于飞机客舱的地板以下；片光源转换装置及导光装置，导光装置配置为将激光器发射的激光束传输至片光源转换装置，片光源转换装置设置于地板上，并配置为将激光束转换为片光源，片光源转换装置包括片光源透镜组；反光镜组，其设置于地板的上方或者飞机客舱的顶部，反光镜组配置为反射片光源发射的光。本发明突破了单套粒子图像测速设备对流场测量区域的范围限制，能够避免了试验对于原有机体的损坏，同时充分发挥PIV系统非接触式测量的优点，避免测量用设备对客舱空气流场的扰动和影响。

Description

用于飞机客舱空气流场流动显示的粒子图像测速试验装置
技术领域
本发明涉及飞机机舱设计，尤其涉及一种用于飞机客舱空气流场流动显示的粒子图像测速试验装置。
背景技术
如今，民用客机作为高速快捷的公共运输工具已经成为大众化的出行方式。乘员对客舱环境舒适性和健康性的关注越来越多。飞机客舱内部的空气流场不仅影响乘员的热舒适性，还是气态污染物和飞沫病毒的传播载体，而客舱内部空气流动显示是舱内空气流动特征和分布规律研究的基础，是客舱舒适性和健康性设计的前提。因此，飞机客舱空气流动显示技术对于飞机客舱的设计非常重要。
目前，国内外客舱空气流动显示技术的主要方法是试验测量和仿真模拟，数值仿真模拟受限于模型和边界条件的简化与数值计算算法的近似性，其计算结果的准确性一直存疑。由于客舱空气流动具有超低速(0-3m/s)、高脉动的弱湍流特性，试验测量中测量设备对流场的干扰、测量范围和精度等都要求极高，常见的单点测量设备(诸如热线风速仪、热球风速仪和超声波风速仪)均为接触式测量，不可避免的对测量区域流场有扰动，而且单点测量效率低，获得的流场信息有限。因此，粒子图像测速(PIV)技术是一个更为理想的选择，其在测试环境完善的情况下可实现暖态、非接触式、多点甚至1m×1m的区域流场的测试，得以高效完整地呈现机舱内的流场信息。
然而，粒子图像测速技术在飞机机舱内的空气流动显示中的应用仍然存在以下问题。粒子图像测速相关设备的布置，会导致飞机客舱的布置不同于实际使用工况。并且，这种测试中为了真实反应出乘员周围的空气流场，飞机客舱不能采用空舱工况，而需要布置座椅和暖体假人等，以保证试验构型的完整性。而这导致了测试过程中激光器的光路容易被遮挡，无法照亮待测区域的示踪粒子的问题。虽然在粒子图像测速技术的应用中，通常采用半透明材质(诸如亚克力、玻璃等)制成被测对象，但这种方法不适用于飞机客舱这种大体积的复杂集成环境。
综上，亟需一种新的测试系统，能够高效、真实、准确地实现对飞机客舱大尺寸的空气流场的测量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有方法及设备无法很好地适用于飞机客舱的空气流场的测量，存在测量结果不够真实准确且测量过程效率较低的缺陷，提出一种用于飞机客舱空气流场流动显示的粒子图像测速试验装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种用于飞机客舱空气流场流动显示的粒子图像测速试验装置，其特点在于，其包括：
激光器，其设置于飞机客舱的地板以下；
片光源转换装置及导光装置，所述导光装置配置为将所述激光器发射的激光束传输至所述片光源转换装置，所述片光源转换装置设置于所述地板上，并配置为将所述激光束转换为片光源，所述片光源转换装置包括片光源透镜组；
反光镜组，其设置于所述地板的上方或者飞机客舱的顶部，所述反光镜组配置为反射所述片光源发射的光。
较佳地，所述导光装置为多关节型的导光臂。
较佳地，所述片光源透镜组可调节从而调节所述片光源的束腰及张角。
较佳地，所述束腰的可调节范围为0.3m-4m。
较佳地，所述张角的可调节范围为15°-40°。
较佳地，所述反光镜组包括反光镜及调节机构，所述调节机构用于独立调节各个反光镜的朝向和/或位置。
较佳地，所述粒子图像测速试验装置还包括CCD相机及相机架，所述CCD相机布置于所述相机架上，并且所述相机架配置为使得所述CCD相机的位置三维可调节。
较佳地，所述CCD相机为多台CCD相机，所述粒子图像测速试验装置还包括同步控制器，所述同步控制器用于控制所述CCD相机同步拍摄。
较佳地，所述粒子图像测速试验装置还包括布置于飞机客舱的送风管道内的气泡或烟雾示踪粒子发生器。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明的用于飞机客舱空气流场流动显示的粒子图像测速试验装置，突破了单套粒子图像测速设备对流场测量区域的范围限制，能够有效绕开座椅和假人的遮挡，使得单次测试区域变大甚至覆盖试验所关注的完整的飞机客舱内区域，并且避免了采用半透明材料替换客舱物理结构来清理光路而造成的对于原有机体的损坏，同时充分发挥PIV系统非接触式测量的优点，避免测量用设备对客舱空气流场的扰动和影响。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的用于飞机客舱空气流场流动显示的粒子图像测速试验装置的示意图。
图2为本发明一较佳实施例的用于飞机客舱空气流场流动显示的粒子图像测速试验装置中的CCD相机的布置的示意图。
图3为本发明一较佳实施例的用于飞机客舱空气流场流动显示的粒子图像测速试验装置中的反光镜组的布置的示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都落入本发明的保护范围之中。
在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、等，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
参考图1所示，根据本发明的较佳实施方式，用于飞机客舱空气流场流动显示的粒子图像测速试验装置，适于布置于试验的飞机客舱内。
粒子图像测速试验装置包括激光器1、导光装置、片光源转换装置3及反射光学系统6。其中，激光器1设置于飞机客舱的地板以下。导光装置优选地采用多关节型导光臂2。多关节型导光臂2配置为将激光器1发射的激光束传输至片光源转换装置，片光源转换装置3设置于地板上，并配置为将所述激光束转换为片光源。
片光源转换装置3包括片光源透镜组，通过片光源透镜组实现上述光源转换。并且，根据一些优选的实施方式，通过调节片光源透镜组能够在一定范围内调节所述片光源的束腰及张角。优选地，片光源的束腰的可调节范围为0.3m-4m。片光源的张角的可调节范围为15°-40°。
激光器1用于产生高能量的光束，通过多关节型导光臂2和片光源转换装置3将激光光束变成片光源。优选地，激光器1可选用大功率双脉冲激光器。考虑到测量面积受片光源光强度的限制，有效区域可以诸如是以光源束腰7为中心的诸如1m×1m的范围，即有效照亮区域8。通过这种布置，可以使客舱地板下的激光器发出的光束传输到贴近地板的地面附件。即，实质上产生片光源的片光源透镜组尽量贴近地板布置在近“滞流区”，防止试验所用设备对舱内流场的干扰。
粒子图像测速试验装置还包括反光镜组6，其设置于所述地板的上方或者飞机客舱的顶部，所述反光镜组配置为反射所述片光源发射的光。根据一些优选的实施方式，反光镜组6包括反光镜及调节机构，所述调节机构用于独立调节各个反光镜的朝向和/或位置。举例来说，参考图3所示，反光镜组6可具有固定支架61，固定支架61之上安装有多组运动调节机构62，反光镜63安装于运动调节机构62上，通过运动调节机构62对各个反光镜的朝向和/或位置进行调节。
考虑到有效照亮区域8的光线可能因客舱的行李架被行李架、座椅或者假人(用以模拟乘员)遮挡，通过设置在诸如行李架附近的一组反光镜，并对反光镜逐个调节定位，可将有效照亮区域的光线反射形成有效照亮反射区域9。反光镜组6可以自带精确定位装置，执行机构可以隐藏放置在行李架内。有效照亮区域8和效照亮反射区域9的叠加可显著扩大单次测量区域或范围。虽然光线与反射光线的叠加会造成测量区域内光强度的不均匀，但得益于PIV技术的测试原理，其对光强度的不均匀性不敏感，仅需要将示踪粒子照亮供相机捕捉。
因此，根据本发明的上述较佳实施方式的试验装置，其光路得以绕开座椅和座椅上的假人的遮挡，同时利用反光镜组6扩大测量区域的面积。根据本发明的一些实施方式，有效照亮区域的片光源厚度在1mm-5mm的范围内，通过反射光学系统获得的有效照亮反射区域的片光源厚度也可在1mm-5mm的范围内，且二者最薄的束腰处要在同一平面内。
根据本发明的一些优选实施方式，参考图2所示，粒子图像测速试验装置还包括多台CCD相机4及相机架5，所述CCD相机4布置于所述相机架5上，并且所述相机架5配置为使得所述CCD相机4的位置三维可调节。试验装置还包括同步控制器，用于控制多台CCD相机同步拍摄。粒子图像测速试验装置还可包括布置于飞机客舱的送风管道内的气泡或烟雾示踪粒子发生器。
其中，粒子图像测速装置的拍摄系统中的CCD相机组布置在客舱内，垂直于片光源，根据照亮区域的大小和位置可以采用单台或多台相机组合拍摄，多台相机拍摄时用同步控制器控制同一瞬间完成拍摄。相机架5为高精度三维坐标架上，便于精确定位。测量过程中，将气泡或烟雾示踪粒子发生器布置在客舱的送风主管11内部，可远程遥控向舱内投放示踪粒子。特别是，气泡示踪粒子具有很好的空气流动跟随性和光学散射特性。通过CCD相机拍摄的每一时刻双帧示踪粒子图像经过计算机对图像的自适应互相关处理后，即可得到有效测量区域的空气流动显示。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于飞机客舱空气流场流动显示的粒子图像测速试验装置，其特征在于，其包括：
激光器，其设置于飞机客舱的地板以下；
片光源转换装置及导光装置，所述导光装置配置为将所述激光器发射的激光束传输至所述片光源转换装置，所述片光源转换装置设置于所述地板上，并配置为将所述激光束转换为片光源，所述片光源转换装置包括片光源透镜组；
反光镜组，其设置于所述地板的上方或者飞机客舱的顶部，所述反光镜组配置为反射所述片光源发射的光。
2.如权利要求1所述的粒子图像测速试验装置，其特征在于，所述导光装置为多关节型的导光臂。
3.如权利要求1所述的粒子图像测速试验装置，其特征在于，所述片光源透镜组可调节从而调节所述片光源的束腰及张角。
4.如权利要求3所述的粒子图像测速试验装置，其特征在于，所述束腰的可调节范围为0.3m-4m。
5.如权利要求3所述的粒子图像测速试验装置，其特征在于，所述张角的可调节范围为15°-40°。
6.如权利要求1所述的粒子图像测速试验装置，其特征在于，所述反光镜组包括反光镜及调节机构，所述调节机构用于独立调节各个反光镜的朝向和/或位置。
7.如权利要求1所述的粒子图像测速试验装置，其特征在于，所述粒子图像测速试验装置还包括CCD相机及相机架，所述CCD相机布置于所述相机架上，并且所述相机架配置为使得所述CCD相机的位置三维可调节。
8.如权利要求7所述的粒子图像测速试验装置，其特征在于，所述CCD相机为多台CCD相机，所述粒子图像测速试验装置还包括同步控制器，所述同步控制器用于控制所述CCD相机同步拍摄。
9.如权利要求1所述的粒子图像测速试验装置，其特征在于，所述粒子图像测速试验装置还包括布置于飞机客舱的送风管道内的气泡或烟雾示踪粒子发生器。
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GR01 Patent grant
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