CN112577694A - 一种红外气动光学畸变风洞测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空航天实验技术领域，尤其是涉及一种红外气动光学畸变风洞测试系统。该红外气动光学畸变风洞测试系统包括：红外激光器，所述红外激光器发射的红外光束依次穿过平行光管、靶标、第一光学窗口、试验模型、第二光学窗口和接收器；所述接收器接收的红外光束数据存储在数据处理器内；所述靶标与第一光学窗口之间设有可见光激光器，所述可见光激光器的工作端发射方向与红外激光器工作端发射方向相同。本发明一种红外气动光学畸变风洞测试系统，采用了红外激光器，对高速飞行器导引头(试验模型)气动光学效应的模拟更加真实，更加贴近真实实战环境。红外光路系统的设置符合风洞条件，有利于试验的开展和试验数据的获取。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天实验技术领域，尤其是涉及一种红外气动光学畸变风洞测试系统。
背景技术
红外导引头由于其抗干扰能力强、制导精度高的特点，逐渐成为各类高速飞行器末段制导的最佳选择。但当导弹在大气层中高速飞行时，高速气流会产生严重的气动加热效应，使得导弹头部产生严酷高温环境。当探测光线穿过高温流场时，由于其密度场分布的不均匀性，导致探测光线发生偏折衰减等气动光学效应，探测目标出现较大的视线误差，导引头探测到的目标位置与目标实际位置有很大的偏差，从而导致探测精度降低，导弹的命中率降低。
气动光学问题一直是困扰飞行器探测能力提升的关键问题，风洞试验是解决飞行器气动光学问题的重要途径。美国等发达国家投入了大量的人力财力物力进行了气动光学试验研究，并取得了重大突破，成功应用于武器装备中。国内近年来也开始重视对气动光学问题的研究，先后开展了多个气动光学研究课题，研究成果为型号装备的发展提供了有力的支撑。但受限于试验条件，以往的气动光学试验多采用可见光波段进行试验，但实际中的导引头多采用红外波段，虽然可见光波段的气动光学规律与红外波段有一定的关联，可以近似类比，但随着试验模拟环境更加复杂，红外波段的气动光学规律与可见光波段的关系并不明确，无法单从可见光波段的规律推算红外波段的情况。因此，目前缺乏有效的红外气动光学畸变风洞测试方法和系统，能够对红外波段的气动光学问题进行试验研究，更加符合实际武器型号的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种红外气动光学畸变风洞测试系统，该红外气动光学畸变风洞测试系统能够解决针对高速飞行器红外导引头的气动光学效应问题，提供一种红外气动光学畸变风洞测试系统，通过红外激光器、靶标、光学窗口和接收器等，实现风洞试验模型流场的红外气动光学畸变测量。
本发明提供一种红外气动光学畸变风洞测试系统，包括：红外激光器，所述红外激光器发射的红外光束依次穿过平行光管、靶标、第一光学窗口、试验模型、第二光学窗口和接收器；所述接收器接收的红外光束数据存储在数据处理器内；所述靶标与第一光学窗口之间设有可见光激光器，所述可见光激光器的工作端发射方向与红外激光器工作端发射方向相同。
其中，所述平行光管为红外平行光管；所述红外光束穿过平行光管后形成等相位的红外平行光束。
其中，所述靶标为镂空的平板；所述镂空的图案为棱角清晰的镂空图案。
其中，所述红外平行光束穿过所述靶标后，所述红外平行光束形成所述靶标上镂空图案形状的红外光束。
其中，所述试验模型两侧分别设有第一光学窗口和第二光学窗口；所述第一光学窗口和第二光学窗口均为红外光学窗口。
其中，所述红外光学窗口的透过波段为8～12μm，并且红外波段透过率不小于85％。
其中，所述试验模型端部为弧形的试验模型；所述试验模型的弧形端设有吹向弧形端的流场。
其中，所述接收器为红外光接收器；所述数据处理器为数据处理计算机。
其中，所述红外激光器、平行光管、靶标、可见光激光器、第一光学窗口、试验模型、第二光学窗口和接收器的下方设有主动减振平台；所述主动减振平台包括：光学平板、位移检测系统和主动减振模块；所述红外激光器、平行光管、靶标、可见光激光器、第一光学窗口、试验模型、第二光学窗口和接收器设置在所述光学平板上；所述光学平板下方设有主动减振模块；所述主动减振模块下方设有用于实时监测地面的振动频率和幅值位移检测系统。
其中，所述红外激光器发射的红外光束与所述可见光激光器的发射光同轴。
本发明一种红外气动光学畸变风洞测试系统有益效果：
红外激光器发射的红外光束依次穿过平行光管、靶标、可见光激光器、第一光学窗口、试验模型、第二光学窗口和接收器；所述接收器接收的红外光束数据存储在数据处理器内用于试验数据的存储。相比于以往的气动光学风洞测试方法和系统，采用了红外激光器，对高速飞行器导引头(试验模型)气动光学效应的模拟更加真实，更加贴近真实实战环境。红外光路系统的设置符合风洞条件，有利于试验的开展和试验数据的获取。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明一种红外气动光学畸变风洞测试系统的示意图；
图2为本发明一种红外气动光学畸变风洞测试系统的靶标示意图；
图3为本发明一种红外气动光学畸变风洞测试系统的试验模型示意图；
图4为本发明一种红外气动光学畸变风洞测试系统的试验模型目标红外图像示意图；
图5为本发明一种红外气动光学畸变风洞测试系统的靶标图案质心偏移随时间的分布曲线图。
附图标记说明：
1、红外激光器；2、平行光管；3、靶标；4、可见光激光器；5、第一光学窗口；6、试验模型；7、第二光学窗口；8、接收器；9、数据处理器；10、主动减振平台。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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发明和简化描述，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发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参阅图1-图5，一种红外气动光学畸变风洞测试系统，包括：红外激光器1，所述红外激光器1发射的红外光束依次穿过平行光管2、靶标3、可见光激光器4、第一光学窗口5、试验模型6、第二光学窗口7和接收器8；所述接收器8接收的红外光束数据存储在数据处理器9内。
红外激光器1发出红外光束通过平行光管2后形成等相位的红外平行光束，红外平行光束穿过靶标3后变成特定靶标3镂空处图案的光束，红外光束经过配有红外光学玻璃的红外光学窗口后进入试验阶段。红外光束穿过试验模型6周围的气动流场发生气动光学畸变，然后再从另一侧配有的第二光学窗口7射出，由红外导引头或者红外相机(接收器8)接收，采集存储在数据处理计算机(数据处理器9)上通过计算得到试验流场的红外气动光学畸变。由于红外光肉眼不可见，采用小型可见光激光器4调节光路。为了降低试验风洞的振动对试验测量的影响，整个红外气动光学测试系统须放置在主动减振平台10上。
红外激光器1为红外脉冲激光器或者红外连续激光器，红外脉冲激光器的脉冲频率不小于1000Hz，脉冲能量在50μJ～5000μJ之间，红外连续激光器的功率在0.05mW～5mW之间，激光器能量太低，红外导引头无法接收成像，激光器能量太高，会对红外导引头造成损伤。红外激光器1的波段为8～12μm，为远红外大气窗口的红外波段。
具体的，所述平行光管2为红外平行光管；所述红外光束穿过平行光管2后形成等相位的红外平行光束。
具体的，所述靶标3为镂空的平板；所述镂空的图案为棱角清晰的镂空图案。
参阅图2，图2为红外靶标3的一种图案，红外靶标3采用在平板上镂空图案的方式，模拟探测目标的红外辐射。红外靶标3图案一般选用棱角清晰的图案，方便模糊畸变的判断，一般选择三角形或者多边形，也可以直接选择模拟目标的轮廓图案，如飞机、坦克的轮廓。
具体的，所述红外平行光束穿过所述靶标3后，所述红外平行光束形成所述靶标3上镂空图案形状的红外光束。
具体的，所述试验模型6两侧分别设有第一光学窗口5和第二光学窗口7；所述第一光学窗口5和第二光学窗口7均为红外光学窗口。
第一光学窗口5和第二光学窗口7为红外光学窗口。红外光学窗口安装在试验模型6两侧，用于红外光束穿过，红外光学窗口采用红外光学玻璃，透过波段为8～12μm，常用的材料为锗、硅、蓝宝石等，玻璃表面镀增透膜，红外波段透过率不小于85％。红外光学窗口的面积不小于红外平行光管2的出光面积。
红外平行光管2适用于波段8～12μm的红外光，扩束倍率和出光口径根据试验需求设计，建议扩束倍率不小于10倍，出光口径不小于100mm。红外平行光管2应与红外激光器1配合设计，保证安装时光轴重合。
参阅图3，具体的，所述试验模型6端部为弧形的试验模型；所述试验模型6的弧形端设有吹向弧形端的流场。
试验模型6为常见的弹头模型，两侧侧面有窗口(第一光学窗口5和第二光学窗口7)，用于探测红外光束穿过。
红外导引头(接收器8)用于接收经过试验流场后的红外光束，也可以用红外相机代替，红外导引头或红外相机接收红外光波长为8～12μm，分辨率不小于320×256，采集频率大于100Hz。
具体的，所述接收器8为红外光接收器；所述数据处理器9为数据处理计算机。
数据处理器9的计算机为常规的数据处理计算机。
具体的，所述红外激光器1、平行光管2、靶标3、可见光激光器4、第一光学窗口5、试验模型6、第二光学窗口7和接收器8的下方设有主动减振平台10；所述主动减振平台10包括：光学平板、位移检测系统和主动减振模块；所述红外激光器1、平行光管2、靶标3、可见光激光器4、第一光学窗口5、试验模型6、第二光学窗口7和接收器8设置在所述光学平板上；所述光学平板下方设有主动减振模块；所述主动减振模块下方设有用于实时监测地面的振动频率和幅值位移检测系统。
主动减振平台10由光学平板、位移检测系统和主动减振模块组成，位移检测系统(常规结构，属于现有技术)实时监测地面的振动频率和幅值，发送指令给主动减振模块(主动减振模块为能够振动的常规模块，属于现有技术，在此处加以应用)，通过相反的位移抵消振动。红外气动光学测试系统须放置在主动减振平台10的光学平板上，地面的振动无法传递到测试系统中，保证红外气动光学畸变测试的真实性和准确性。
具体的，所述红外激光器1发射的红外光束与所述可见光激光器4的发射光同轴。
可见光激光器4为小型可见光激光器4，小型可见光激光器4用于辅助调节整个光路系统，由于红外光肉眼不可见，因此无法直接调节光路，将小型可见光激光器4与红外激光器1同轴安装，保证可见光激光器4发出的可见光与红外激光器1发出的红外光同轴平行，通过可见光调节光路系统中设备的位置和角度，然后撤出小型可见光激光器4，使用红外光路，可以使光路调节更加便捷迅速。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种红外气动光学畸变风洞测试系统，其特征在于，包括：
红外激光器，所述红外激光器发射的红外光束依次穿过平行光管、靶标、第一光学窗口、试验模型、第二光学窗口和接收器；所述接收器接收的红外光束数据存储在数据处理器内；所述靶标与第一光学窗口之间设有可见光激光器，所述可见光激光器的工作端发射方向与红外激光器工作端发射方向相同。
2.根据权利要求1所述的一种红外气动光学畸变风洞测试系统，其特征在于，所述平行光管为红外平行光管；所述红外光束穿过平行光管后形成等相位的红外平行光束。
3.根据权利要求2所述的一种红外气动光学畸变风洞测试系统，其特征在于，所述靶标为镂空的平板；所述镂空的图案为棱角清晰的镂空图案。
4.根据权利要求3所述的一种红外气动光学畸变风洞测试系统，其特征在于，所述红外平行光束穿过所述靶标后，所述红外平行光束形成所述靶标上镂空图案形状的红外光束。
5.根据权利要求4所述的一种红外气动光学畸变风洞测试系统，其特征在于，所述试验模型两侧分别设有第一光学窗口和第二光学窗口；所述第一光学窗口和第二光学窗口均为红外光学窗口。
6.根据权利要求5所述的一种红外气动光学畸变风洞测试系统，其特征在于，所述红外光学窗口的透过波段为8～12μm，并且红外波段透过率不小于85％。
7.根据权利要求4所述的一种红外气动光学畸变风洞测试系统，其特征在于，所述试验模型端部为弧形的试验模型；所述试验模型的弧形端设有吹向弧形端的流场。
8.根据权利要求1所述的一种红外气动光学畸变风洞测试系统，其特征在于，所述接收器为红外光接收器；所述数据处理器为数据处理计算机。
9.根据权利要求1所述的一种红外气动光学畸变风洞测试系统，其特征在于，所述红外激光器、平行光管、靶标、可见光激光器、第一光学窗口、试验模型、第二光学窗口和接收器的下方设有主动减振平台；所述主动减振平台包括：光学平板、位移检测系统和主动减振模块；所述红外激光器、平行光管、靶标、可见光激光器、第一光学窗口、试验模型、第二光学窗口和接收器设置在所述光学平板上；所述光学平板下方设有主动减振模块；所述主动减振模块下方设有用于实时监测地面的振动频率和幅值位移检测系统。
10.根据权利要求1所述的一种红外气动光学畸变风洞测试系统，其特征在于，所述红外激光器发射的红外光束与所述可见光激光器的发射光同轴。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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