[发明专利]一种风洞分离模拟实验系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于风洞实验技术领域，涉及一种适用于风洞环境中外载物模型分离过程测量的模拟实验系统和方法。

背景技术

飞行器在高速飞行，存在多体干扰现象，即外载物或负载物与载机间的相互气动干扰。在特定情况下，外载物或负载物需与载机分离，由于它们彼此非常靠近，高速飞行时，分离时间极短，各分离体间相对运动产生急剧变化，气动力间耦合将更加剧烈，极易引起分离体间的运动干涉发生碰撞，造成严重后果。因此在设计过程中进行风洞模拟分离试验对分离过程进行测量是保证飞行器安全的必要步骤，其中分离模拟实验系统能否模拟真实分离状态并对分离过程进行有效测量是风洞模拟分离实验可信度的重要依据。在风洞复杂环境下，由于模型缩比、尺寸以及系统响应时间等限制因素，如何进行高度模拟风洞分离实验仍是需要解决的主要难题。

目前，对于风洞分离模拟实验系统的研究相对较少，多为投放分离装置的研究，Rudy A.Johnson，Michael J.Stanek等人在2008年AIAA第46次会议中发表的《Store Separation Trajectory Deviations Due to Unsteady Weapons Bay Aerodynamics》中提出了利用双弹簧加载的分离方案，Nathan E M,Bernard J J,Li C G等人在2009年AIAA第47次会议中发表的《Measurement of store separation dynamics》提出了一种依靠双气缸加载的分离方案。这两种方案均能成功分离外载物，但很难应用于目前对分离过程有严格要求的分离场合，并不具有对分离过程进行测量的能力。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服现有技术的缺陷，发明一种风洞分离模拟实验系统，采用爆炸螺栓与机械同心滑轨装置配合，通过助投器施加作用力完成外载物与母机分离，高速视觉装置对分离过程进行测量。采用爆炸螺栓作为紧固构件，具有较高的力学性能与可靠性，保证分离系统安全可靠，助投器配合机械同心滑轨装置可在承受大马赫数恒风载的情况下控制分离体分离参数，高速视觉装置频响高使得分离实验实时可测。本分离系统具有高可靠性、鲁棒性，并可控制分离初始角度、分离角度、分离速度、分离角速度等分离过程参数，具有分离时与分离后全程可测的能力。

本发明所采用的技术方案是一种风洞分离模拟实验方法，其特征是，该方法由分离模拟实验准备、模拟分离动作及测量设备触发过程、进行高速视觉测量三部分组成；方法的具体步骤如下：

(1)分离模拟实验准备

模拟分离动作采用爆炸螺栓与机械同心滑轨装置共同作用紧固分离体模型，机械同心滑轨装置3分为安装于分离体模型2上的强化限位同心滑块7以及固定于分离悬挂架10上的同心滑道8，滑块滑道配合允许分离体模型沿滑道方向运动，分离体通过机械同心滑轨装置安装，并通过爆炸螺栓固定位置调整分离物安装角度；根据实验分离角度、分离角速度与分离速度要求调整助投器给分离体模型施加不同投放力使模型在滑道加速后达到规定分离要求；

(2)模拟分离动作及测量设备触发

模拟分离设备各部件动作顺序为：A)打开助投器4气源通过助投气缸11给分离体施加预投力；B)爆炸螺栓1接收触发信号引爆，解除分离体运动限制；双目高速视觉摄像机6与爆炸螺栓1同步接收触发信号开始分离过程拍摄；C)在助投力作用下，分离体开始沿机械同心滑轨装置滑道加速运动；D)当机械同心滑轨装置3相对运动达到设定分离位置，分离体从设备中完全分离；E)双目高速视觉摄像机6完成全过程拍摄后，关闭拍摄功能；

(3)双目高速视觉测量

采用双目高速视觉测量方式对分离体分离全过程运动参数进行测量；采用已标定好的双目高速摄像机视觉，已知双目摄像机内、外参数；然后进行分离体特征标记的运动全程拍摄，获得分离体特征标记运动图像；对特征标记图像进行处理，分割分离体特征标记信息，提取其标记相面坐标，进行左、右高速摄像机对应标记匹配，重建出标记三维坐标，根据各标记三维坐标以及各特征标记位于分离体位置信息，得到分离体分离运动全程位姿信息以及速度、加速度等运动参数。