CN111521366A - 应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示装置，包括：粒子发生器、图像记录仪、试验模型、信号发生器、旋转驱动装置、高能激光器以及同步控制器；所述粒子发生器在来流上游位置向流场内注入示踪粒子以显示流场；所述同步控制器控制高能激光器照亮所需流场截面；所述旋转驱动装置控制试验模型按预设转速旋转；所述信号发生器在模型旋转到预设角度时发出触发信号；所述同步控制器控制图像记录仪工作采集流场图像。本发明采用的触发技术，不仅可固定显示旋转周期内某一相位的舵面尾涡流场结构，也可以显示不同相位的流动结构，弥补了常规流动显示技术在超声速旋转飞行器流场显示方面的不足。

Description

应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示装置

技术领域

本发明所属的技术领域是实验空气动力学领域，具体地，涉及一种应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示装置。

背景技术

传统的超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示系统主要包括粒子发生器、高能激光器，模型及驱动装置以及图像记录仪，主要方法是通过控制实验模型达到规定的实验工况，在风洞中投放粒子，用高能激光器发射的激光片光照射测量区域，通过图像记录仪记录待测区域的流动图像。

传统的超声速旋转飞行器在进行舵面尾涡的流动显示过程中，很多情况下都是旋转和作动动作(实现舵偏)分开进行，单独进行旋转状态下或作动状态下尾涡结构的拍摄，而对于耦合运动状态下，特别是某种特殊相位状态下旋转飞行器尾涡的流动结构却无法获取。

在测量过程中，往往都是选定特定截面，旋转试验件提前做好相位预偏，无法进行连续性、重复性拍摄，实验过程需要不断调整状态，导致实验周期长，效果差。

专利文献CN109383763A(申请号：201810864864.6)一种用于预测飞行器所产生的尾涡流的移位的预测方法，所述方法由称为跟随飞行器的飞行器中的飞行管理系统执行，所述跟随飞行器在所述前导飞行器的尾流中飞行，所述方法包括：-建立编队飞行的步骤，-接收惯性参数的步骤，其中，所述跟随飞行器的飞行管理系统明确表达对所述前导飞行器的惯性参数的请求、并且经由所述前导飞行器与所述跟随飞行器之间的信号交换来接收所述前导飞行器的惯性参数；以及-决策步骤，其中，所述跟随飞行器的飞行管理系统评估所述跟随飞行器的轨迹与所述尾涡流的轨迹交叉的可能性，并且如果所述飞行管理系统估算出所述跟随飞行器的轨迹与尾涡流的轨迹交叉，则修改所述跟随飞行器的飞行计划。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示装置。

根据本发明提供的一种应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示装置，包括：

粒子发生器、图像记录仪、试验模型、信号发生器、旋转驱动装置、高能激光器以及同步控制器；

所述粒子发生器在来流上游位置向流场内注入示踪粒子以显示流场；

所述同步控制器控制高能激光器照亮所需流场截面；

所述旋转驱动装置控制试验模型按预设转速旋转；

所述信号发生器在模型旋转到预设角度时发出触发信号；

所述同步控制器控制图像记录仪工作采集流场图像。

优选地，所述旋转飞行器为具有绕自身轴线旋转的飞行器，包括以下任一种：旋转导弹、火箭弹、炮弹。

优选地，所述信号发生器包括：同轴角度信号器和相位延时控制器。

优选地，所述同轴角度信号器在旋转模型到特定相位时发出触发信号；

所述相位延时控制器将信号进行延时后，传递到同步控制器。

优选地，所述同轴角度信号器包括：固定端和浮动端。

优选地，所述固定端安装在旋转驱动装置上，浮动端固定在旋转模型上，当模型旋转，固定端与浮动端正对时，同轴角度信号器就会发出触发信号。

优选地，通过在旋转模型上安装多个浮动端，实现一个旋转周期内多个相位的信号触发。

优选地，所述同轴角度信号器包括：霍尔元件。

优选地，所述同步控制器接收来自相位延时控制器的触发信号，并同步控制高能激光器和图像记录仪一起工作，从而采集特定时间，特定截面位置的流场情况。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过无延时触发实现旋转飞行器整个运动周期内的尾涡的流动结构变化。

2、本发明可以通过定相位延时触发实现多个旋转周期内某个特殊相位的尾涡流动结构。

3、本发明可以通过累加相位延时触发实现间隔特定相位之间尾涡流动结构的变化。

4、本发明通过布置相应的同轴角度信号器阵列，设定响应的相位延时控制机制，从而实现了超声速旋转飞行器整个运动周期内尾涡的流动结构演化规律，可以展现直观、连续的流动显示。

5、本发明采用的触发技术，不仅可固定显示旋转周期内某一相位的舵面尾涡流场结构，也可以显示不同相位的流动结构，弥补了常规流动显示技术在超声速旋转飞行器流场显示方面的不足。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明所述一种应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示方法及测量示意图

图中示出：

1、粒子发生器，2、图像记录仪，3、试验模型，4、同轴角度信号器，5、相位延时控制器，6、旋转驱动装置，7、高能激光器，8、同步控制器，9、图像记录仪

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示装置，包括：

粒子发生器、图像记录仪、试验模型、信号发生器、旋转驱动装置、高能激光器以及同步控制器；

所述粒子发生器在来流上游位置向流场内注入示踪粒子以显示流场；

所述同步控制器控制高能激光器照亮所需流场截面；

所述旋转驱动装置控制试验模型按预设转速旋转；

所述信号发生器在模型旋转到预设角度时发出触发信号；

所述同步控制器控制图像记录仪工作采集流场图像。

具体地，所述旋转飞行器为具有绕自身轴线旋转的飞行器，包括以下任一种：旋转导弹、火箭弹、炮弹。

具体地，所述信号发生器包括：同轴角度信号器和相位延时控制器。

具体地，所述同轴角度信号器在旋转模型到特定相位时发出触发信号；

所述相位延时控制器将信号进行延时后，传递到同步控制器。

具体地，所述同轴角度信号器包括：固定端和浮动端。

具体地，所述固定端安装在旋转驱动装置上，浮动端固定在旋转模型上，当模型旋转，固定端与浮动端正对时，同轴角度信号器就会发出触发信号。

具体地，通过在旋转模型上安装多个浮动端，实现一个旋转周期内多个相位的信号触发。

具体地，所述同轴角度信号器包括：霍尔元件。

具体地，所述同步控制器接收来自相位延时控制器的触发信号，并同步控制高能激光器和图像记录仪一起工作，从而采集特定时间，特定截面位置的流场情况。

下面通过优选例，对本发明进行更为具体地说明。

优选例1：

本发明所采用的技术如下：一种应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示方法及装置，该系统主要包括粒子发生器，同步信号触发装置，高能激光器，图像记录仪，试验模型。粒子发生器在试验模型上游投放粒子，从而散布在模型周围，旋转试验件通过作动装置实现旋转和打舵同步控制，在试验件进行旋转的同时，同步信号触发装置在试验件旋转到特定相位时输出控制信号启动高能激光器发射激光片光，对测量截面进行拍摄从而实现相位同步控制，于是图像记录仪记录下锁相状态下试验件某截面尾涡的流动状况。测试人员可以根据实验要求确定拍摄截面、作动动作等实验工况，实现同频或错频拍摄来获取所需实验截面尾涡的流动结构。

本发明还具有以下技术特征

同步信号触发装置是由位于旋转试验件上的同轴角度信号器、相位延时控制器、高能激光器与图像记录仪同步器所组成。根据测量所需要求，确定拍摄截面、试验件旋转频率和试验件的作动需求，由于旋转试验件在旋转到不同相位时会实现不同的作动动作，因此对所拍摄截面的涡结构产生不同的影响。位于旋转试验件上的同轴角度信号器在试验件旋转到特定位置时进行同步信号触发，触发的信号传递到高能激光器与图像记录仪同步器，进行所选截面的同步拍摄与记录。根据实验需求，可以沿模型周向阵列布置同轴角度信号触发装置，实现在周期性旋转运动过程中的流动测量。

通过相位延时控制器可以实现多种功能，测试人员可以根据实验需求设定响应的触发机制，如通过无延时触发实现旋转飞行器整个运动周期内的尾涡的流动结构变化；可以通过定相位延时触发实现多个旋转周期内某个特殊相位的尾涡流动结构；可以通过累加相位延时触发实现间隔特定相位之间尾涡流动结构的变化。根据相应的实验需求，布置相应的同轴角度信号器阵列，设定响应的相位延时控制机制，从而实现超声速旋转飞行器整个运动周期内尾涡的流动结构演化规律，展现直观、连续的流动显示。

优选例2：

下面结合附图，对本发明即一种应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示方法及装置，在实际风洞试验进行测量过程进行详细描述。

图1所示的是某种超声速旋转类飞行器尾涡流动显示测量装置示意图。首先位于超声速风洞上游的粒子发生器1启动并释放粒子，使得示踪粒子均匀散布在下游旋转试验模型3周围。旋转试验模型3在驱动装置6的作用下，开始旋转并同时进行舵偏等实验规定动作。位于旋转试验模型3尾部的同轴角度信号器4的浮动端与固定端开始工作，当旋转试验模型3旋转到规定相位时，同轴角度信号器4的浮动端与固定端相对触发同步信号，并将同步信号传至相位延时控制器5，相位延时控制器5根据尾涡流动显示需求设置响应的控制输出信号，输出的控制信号传至同步控制器8。同步控制器8分别连接着相位延时器5控制信号的输出端，高能激光器7的触发端以及图像记录仪2、9的控制端，传递至同步控制器8的控制信号，同步控制高能激光器7发射激光片光对选定实验截面进行拍摄，同时图像记录仪进行记录。实施例1具体针对某种超声速飞行器尾涡的流动结构进行实时获取，通过实验模型的高速旋转，旋涡的产生和发展，相位信号的触发、传递、控制，以及某特定截面尾涡流动结构的拍摄与记录等一系列动作，实现超声速旋转类飞行器旋涡结构产生、发展的实时、动态以及全方位获取，为飞行器实际飞行提供实验数据基础。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示装置，其特征在于，包括：

粒子发生器、图像记录仪、试验模型、信号发生器、旋转驱动装置、高能激光器以及同步控制器；

所述粒子发生器在来流上游位置向流场内注入示踪粒子以显示流场；

所述同步控制器控制高能激光器照亮所需流场截面；

所述旋转驱动装置控制试验模型按预设转速旋转；

所述信号发生器在模型旋转到预设角度时发出触发信号；

所述同步控制器控制图像记录仪工作采集流场图像。

2.根据权利要求1所述的应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示装置，其特征在于，所述旋转飞行器为具有绕自身轴线旋转的飞行器，包括以下任一种：旋转导弹、火箭弹、炮弹。

3.根据权利要求1所述的应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示装置，其特征在于，所述信号发生器包括：同轴角度信号器和相位延时控制器。

4.根据权利要求3所述的应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示装置，其特征在于，所述同轴角度信号器在旋转模型到特定相位时发出触发信号；

所述相位延时控制器将信号进行延时后，传递到同步控制器。

5.根据权利要求4所述的应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示装置，其特征在于，所述同轴角度信号器包括：固定端和浮动端。

6.根据权利要求5所述的应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示装置，其特征在于，所述固定端安装在旋转驱动装置上，浮动端固定在旋转模型上，当模型旋转，固定端与浮动端正对时，同轴角度信号器就会发出触发信号。

7.根据权利要求6所述的应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示装置，其特征在于，通过在旋转模型上安装多个浮动端，实现一个旋转周期内多个相位的信号触发。

8.根据权利要求3所述的应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示装置，其特征在于，所述同轴角度信号器包括：霍尔元件。

9.根据权利要求4所述的应用于超声速旋转飞行器舵面尾涡的流动显示装置，其特征在于，所述同步控制器接收来自相位延时控制器的触发信号，并同步控制高能激光器和图像记录仪一起工作，从而采集特定时间，特定截面位置的流场情况。

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