CN110044579B - 用于风洞试验模型的偏移角检测组件、检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测组件、检测装置及检测方法，该偏移角检测组件包括用于固定连接至试验模型的安装部、连接部及测量部，连接部的两端分别连接至安装部和测量部，连接部沿第一方向延伸并具有平行于第一方向的参考表面，测量部包括沿第二方向延伸的测量杆及沿第二方向可移动地连接至测量杆的滑块，其中第二方向垂直于第一方向，滑块具有朝向连接部和测量杆的连接处的测量表面，测量表面平行于参考表面。根据本发明，可帮助实现可靠、准确、高精度的风洞试验模型的偏移角的检测，进而改善风洞试验的准确性。

Description

用于风洞试验模型的偏移角检测组件、检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及风洞试验，尤其涉及一种用于风洞试验模型的偏移角检测组件、检测装置及利用这些检测组件和装置实施的检测方法。
背景技术
为了了解飞行器或其他物体的空气动力学特性以及获得试验数据，需要依据运动的相对性原理和流动相似性原理，将飞行器或其他物体的模型或实物安置在地面人工环境中建造的风洞中，进行风洞试验。在风洞试验前需要检测模型的初始姿态角，但由于安装原因或风洞机构的齿轮间隙等原因使得模型姿态归零后的实际状态可能存在一定的偏移或偏角。这种偏角可能是攻角，也可能是侧滑角或其他方向的角度偏移，因而无法利用布置于试验模型上的传感器诸如攻角传感器来确保对这种偏角进行准确的检测。
现有的偏移角检测方法有重锤法及激光法。以侧滑角的检测为例，重锤法一般可以诸如在试验模型对称面上前后各取一参考点，测量其在风洞下壁面投影点距离风洞对称面距离差来度量侧滑角大小。但重锤法的测量精度存在明显的不足。与之相比，激光法则是利用激光发生器产生一片光，通过检测片光源与模型上标记线(例如，对于卧式安装在风洞壁面上的试验模型而言，该标记线是水平构造线)的偏差来度量侧滑角大小。但现有的激光法在检测中需用肉眼来观测激光与对称面前后的重合程度，这要求片光源与风洞对称面重合，这通常很难准确地做到，这进而影响了现有的激光法检测试验模型的诸如侧滑角的偏移角的准确性。
因此，亟需一种新的用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测技术，以消除现有的用于风洞试验模型的偏移角检测方法的上述缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有的用于风洞试验模型的偏移角检测方法精度不佳、准确性及可靠性不足的缺陷，提出一种用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测组件、检测装置及其检测方法。
本发明是通过采用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基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测组件，其特点在于，所述偏移角检测组件包括用于固定连接至所述试验模型的安装部、连接部及测量部，所述连接部的两端分别连接至所述安装部和所述测量部，所述连接部沿第一方向延伸并具有平行于所述第一方向的参考表面，所述测量部包括沿第二方向延伸的测量杆及沿所述第二方向可移动地连接至所述测量杆的滑块，其中所述第二方向垂直于所述第一方向，所述滑块具有朝向所述连接部和所述测量杆的连接处的测量表面，所述测量表面平行于所述参考表面。
较佳地，所述滑块为环状滑块，所述环状滑块可移动地套设于所述测量杆外。
较佳地，所述环状滑块开设有螺纹孔，所述螺纹孔被配置为能够由螺钉将所述环状滑块固定至所述测量杆。
本发明还提供了一种用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测装置，其特点在于，所述偏移角检测装置包括两个如上所述的偏移角检测组件和激光片光源。
较佳地，，所述偏移角检测装置还包括风洞试验模型，所述风洞试验模型具有沿其水平构造线的方向分开布置的两个安装槽，其中，每个所述安装槽的一个端面与所述水平构造线平行，所述两个偏移角检测组件以相同的姿态被分别安装固定至所述两个安装槽，且所述测量部位于所述安装槽以外，所述激光片光源被布置为发出大致平行于所述两个偏移角检测组件的所述参考表面的片光源。
本发明还提供了一种用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测方法，其特点在于，所述偏移角检测方法采用两个如上所述的偏移角检测组件及激光片光源，所述偏移角检测方法包括：
选取所述风洞试验模型的水平构造线，并将所述风洞试验模型安装至风洞壁面，以使得所述水平构造线所处的竖直平面大致与风洞的竖直对称面平行或重合；
布置所述激光片光源，以使其发出的片光源沿风洞的竖直对称面方向；
将所述两个偏移角检测组件以相同的姿态分别安装固定至所述风洞试验模型上沿所述风洞试验模型的水平构造线的方向分开布置的第一安装位置和第二安装位置，从而使得所述两个偏移角检测组件的所述测量表面及所述参考表面平行于所述水平构造线所处的竖直平面；
调节所述两个偏移角检测组件上的所述滑块，使得所述滑块的所述测量表面分别对齐所述激光片光源发出的片光源，然后测量所述两个偏移角检测构件上的所述测量表面与所述参考表面的距离；
根据测量得到的所述两个偏移角检测组件上的所述测量表面与所述参考表面的距离之差，以及所述两个偏移角检测组件沿所述水平构造线方向的距离，计算得到所述风洞试验模型的偏移角。
较佳地，根据公式
Figure GDA0002751743070000031
计算所述偏移角，其中δα为所述偏移角，d1、d2分别为测量得到的所述两个偏移角检测构件上的所述测量表面与所述参考表面的距离，L为所述两个偏移角检测构件沿所述水平构造线方向的距离。
较佳地，所述风洞试验模型为机身半模，所述偏移角检测方法中选取所述机身半模的水平构造线，并将所述机身半模安装至所述风洞壁面，以使得所述机身半模的水平构造线大致与风洞的竖直对称面平行。
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：
根据本发明的用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测组件、装置、方法，可帮助实现可靠、准确、高精度的风洞试验模型的偏移角的检测，进而改善风洞试验的准确性。
附图说明
图1为根据本发明优选实施例的用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测组件的安装状态的示意图。
图2为图1中安装于风洞试验模型的前部的偏移角检测组件的示意图。
图3为图1中安装于风洞试验模型的后部的偏移角检测组件的示意图。
图4为根据本发明优选实施例的与图1的安装状态相一致的用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测装置的示意图。
附图标记说明
1：激光片光源 2：片光源范围
3：试验模型 31：参考线
32：水平构造线 4：偏移角检测组件
41：安装部 42：连接部
43：测量杆 44：滑块
45：螺钉 421：参考表面
441：测量表面 5：安装槽
6：风洞壁面
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将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。
如图1-3所示，根据本发明较佳实施方式的用于基于激光片光法检测风洞试验模型3姿态角的偏移角检测组件4，其包括用于固定连接至试验模型3的安装部41、连接部42及测量部，连接部42的两端分别连接至安装部41和测量部，连接部42沿第一方向延伸并具有平行于第一方向的参考表面421，测量部包括沿第二方向延伸的测量杆43及沿第二方向可移动地连接至测量杆43的滑块44，其中第二方向垂直于第一方向，滑块44具有朝向连接部42和测量杆43的连接处的测量表面441，测量表面441平行于参考表面421。
其中，以图2所示的安装于风洞试验模型3的前部的偏移角检测组件4为例，测量表面441与参考表面421平行且该两个平面的间距为d1，而图3所示的安装于风洞试验模型3的前部的偏移角检测组件4中，测量表面441与参考表面421的间距则为d2。
在进行风洞试验模型3姿态角的偏移角测量时，在测量杆43上滑动调节该滑块44，使得安装于风洞试验模型3前后部的偏移角检测组件4上的滑块44朝向连接部42的表面(即测量表面441)分别对准固定不变的激光片光源1发出的片光，就能依据安装于风洞试验模型3前后部的偏移角检测组件4的该测量表面441的读数之差，亦即前后两个偏移角检测组件4的测量表面441与参考表面421的间距之差，确定偏移角的大小。后文将详述该偏移角的具体计算方法。
根据本发明的一些优选实施方式，滑块44可以为环状滑块44，环状滑块44可移动地套设于测量杆43外，以便滑动调节该测量表面441的位置，或者说调节该测量表面441相对于参考表面421的位置。
根据本发明的一些优选实施方式，环状滑块44开设有螺纹孔，螺纹孔被配置为能够由螺钉45将环状滑块44固定至测量杆43。
如图1-4尤其是其中的图1和图4所示，根据本发明较佳实施方式可提供一种用于基于激光片光法检测风洞试验模型3姿态角的偏移角检测装置，该偏移角检测装置包括两个如上的偏移角检测组件4、激光片光源1及测试所用的风洞试验模型3。
其中，参考图1和图4所示，风洞试验模型3具有沿其水平构造线32的方向分开布置的两个安装槽5，其中，每个安装槽5的一个端面与风洞试验模型3的水平构造线32平行，两个偏移角检测组件4以相同的姿态被分别安装固定至两个安装槽5，且测量部位于安装槽5以外，激光片光源1被布置为发出大致平行于两个偏移角检测组件4的参考表面421的片光源。如图4所示，激光片光源1被布置为发出的光具有片光源范围2。
根据本发明的一些优选实施方式，可采用如上的偏移角检测装置基于激光片光法检测风洞试验模型3姿态角的偏移角。如图1-4所示，该偏移角检测方法包括：
选取风洞试验模型3的水平构造线32，并将风洞试验模型3安装至风洞壁面6，以使得风洞试验模型的水平构造线32所在的竖直平面大致与风洞的竖直对称面平行或者重合，其中该竖直平面可以由水平构造线32和参考表面421的一条竖直边线(即图1中的参考线31)所限定；
布置激光片光源1，以使其发出的光具有片光源范围2，该片光源范围2沿风洞的竖直对称面方向；
将两个偏移角检测组件4以相同的姿态分别安装固定至风洞试验模型3上沿风洞试验模型3的水平构造线32的方向分开布置的第一安装位置和第二安装位置(诸如，前后分开布置的两个安装槽5)，从而使得两个偏移角检测组件4的测量表面441及参考表面421平行于水平构造线32所处的竖直平面；
调节两个偏移角检测组件4上的滑块44，使得滑块44的测量表面441分别对齐激光片光源1发出的片光源(或者说对齐激光片光源1发出的光的片光源范围2)，然后测量两个偏移角检测构件上的测量表面441与参考表面421的距离；
根据测量得到的两个偏移角检测组件4上的测量表面441与参考表面421的距离之差，以及两个偏移角检测组件4沿水平构造线32方向的距离，计算得到风洞试验模型3的偏移角。
其中，应当理解的是，将风洞试验模型3安装至风洞壁面6，使得风洞试验模型的水平构造线32所在的竖直平面大致与风洞的竖直对称面平行或重合，亦即，使得该竖直平面(即参考线31与风洞试验模型的水平构造线32所限定的平面)大致接近于风洞的竖直对称面，前者相对于后者的偏差或者说偏移实际上就是由风洞试验模型3的该偏移角所致，而这一偏移量可由上述方法计算得出。
具体地，关于风洞试验模型3的该偏移角的计算，可根据公式
Figure GDA0002751743070000071
计算偏移角，其中δα为偏移角，d1、d2分别为测量得到的两个偏移角检测构件上的测量表面441与参考表面421的距离，L为两个偏移角检测构件沿水平构造线32方向的距离。由此计算得到的该偏移角δα的单位为度。
在如图1-4所示的优选实施方式中，风洞试验模型3为机身半模，偏移角检测方法中选取机身半模的机身水平构造线32，并将机身半模安装至风洞壁面6，以使得机身半模的水平构造线32大致与风洞的竖直对称面平行。在此情况下，计算得到风洞试验模型3的该偏移角为飞机模型的攻角。
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，而且这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测组件，其特征在于，所述偏移角检测组件包括用于固定连接至所述试验模型的安装部、连接部及测量部，所述连接部的两端分别连接至所述安装部和所述测量部，所述连接部沿第一方向延伸并具有平行于所述第一方向的参考表面，所述测量部包括沿第二方向延伸的测量杆及沿所述第二方向可移动地连接至所述测量杆的滑块，其中所述第二方向垂直于所述第一方向，所述滑块具有朝向所述连接部和所述测量杆的连接处的测量表面，所述测量表面平行于所述参考表面。
2.如权利要求1所述的用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测组件，其特征在于，所述滑块为环状滑块，所述环状滑块可移动地套设于所述测量杆外。
3.如权利要求2所述的用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测组件，其特征在于，所述环状滑块开设有螺纹孔，所述螺纹孔被配置为能够由螺钉将所述环状滑块固定至所述测量杆。
4.一种用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测装置，其特征在于，所述偏移角检测装置包括两个如权利要求1-3中任意一项所述的用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测组件和激光片光源。
5.如权利要求4所述的用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测装置，其特征在于，所述偏移角检测装置还包括风洞试验模型，所述风洞试验模型具有沿其水平构造线的方向分开布置的两个安装槽，其中，每个所述安装槽的一个端面与所述水平构造线平行，所述两个偏移角检测组件以相同的姿态被分别安装固定至所述两个安装槽，且所述测量部位于所述安装槽以外，所述激光片光源被布置为发出平行于所述两个偏移角检测组件的所述参考表面的片光源。
6.一种用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测方法，其特征在于，所述偏移角检测方法采用两个如权利要求1-3中任意一项所述的用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测组件及激光片光源，所述偏移角检测方法包括：
选取所述风洞试验模型的水平构造线，并将所述风洞试验模型安装至风洞壁面，以使得所述水平构造线所处的竖直平面与风洞的竖直对称面平行或重合；
布置所述激光片光源，以使其发出的片光源沿风洞的竖直对称面方向；
将所述两个偏移角检测组件以相同的姿态分别安装固定至所述风洞试验模型上沿所述风洞试验模型的水平构造线的方向分开布置的第一安装位置和第二安装位置，从而使得所述两个偏移角检测组件的所述测量表面及所述参考表面平行于所述水平构造线所处的竖直平面；
调节所述两个偏移角检测组件上的所述滑块，使得所述滑块的所述测量表面分别对齐所述激光片光源发出的片光源，然后测量所述两个偏移角检测组件上的所述测量表面与所述参考表面的距离；
根据测量得到的所述两个偏移角检测组件上的所述测量表面与所述参考表面的距离之差，以及所述两个偏移角检测组件沿所述水平构造线方向的距离，计算得到所述风洞试验模型的偏移角。
7.如权利要求6所述的用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测方法，其特征在于，根据公式
Figure FDA0002751743060000021
计算所述偏移角，其中δα为所述偏移角，d1、d2分别为测量得到的所述两个偏移角检测组件上的所述测量表面与所述参考表面的距离，L为所述两个偏移角检测组件沿所述水平构造线方向的距离。
8.如权利要求6所述的用于基于激光片光法检测风洞试验模型姿态角的偏移角检测方法，其特征在于，所述风洞试验模型为机身半模，所述偏移角检测方法中选取所述机身半模的水平构造线，并将所述机身半模安装至所述风洞壁面，以使得所述机身半模的水平构造线与风洞的竖直对称面平行。
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