[发明专利]风洞风场探测系统及方法

说明书

本发明公开了一种风洞风场探测系统及方法，属于风洞实验领域，该探测系统包括预埋在风洞底部且位于风洞内模型安装位的迎风一侧前方的测风激光雷达，所述测风激光雷达发射出的激光波束竖直向上穿过设置在风洞底部的透明窗口，并扫描得到风洞风场的轴向风速。本发明实用性强，能够有效、准确的测量风洞的风场参数，利于风洞实验。

技术领域

本发明属于风洞实验技术领域，具体涉及一种风洞风场探测系统及方法。

背景技术

风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的 研究和发展中起着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利 用和环境保护等部门中也得到越来越广泛的应用。用风洞作实验的依据是运动的相对性原理。 实验时，常将模型或实物固定在风洞内，使气体流过模型。这种方法，流动条件容易控制， 可重复地、经济地取得实验数据。为使实验结果准确,实验时的流动必须与实际流动状态相似, 即必须满足相似律的要求。但由于风洞尺寸和动力的限制，在一个风洞中同时模拟所有的相 似参数是很困难的，通常是按所要研究的课题，选择一些影响最大的参数进行模拟。此外， 风洞实验段的流场品质，如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、气流 的湍流度等必须符合一定的标准。现在技术中，在对模型进行风洞实验过程中，通常是采用 测风杆来反映模型所受风洞风场参数，由于测风杆自身因素存在主要的两个问题：其一、测 杆在模型正前面中间设置，对模型风场模拟存在干扰；其二、它在竖直方向上间隔设置多个 测风仪，并通过多个测风仪的描绘测风点而得来的风场参数数据的精度不高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种风洞风场探测系统及方法，以解决风洞的风场参数 测量问题。

为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种风洞风场探测系统，包括预埋在风洞底部且位于风洞内模型安装位的迎 风一侧前方的测风激光雷达，所述测风激光雷达发射出的激光波束竖直向上穿过设置在风洞 底部的透明窗口，并扫描得到风洞风场的轴向风速。

进一步，所述透明窗口采用有机玻璃。

进一步，所述测风激光雷达用于观测激光传播路径上的多普勒频移，采用直线、圆锥或 扇形扫描，得到局部范围内多个方位、不同高度上的轴向风速。

进一步，所述测风激光雷达设置在移动小车上，所述移动小车能在风洞的径向宽度上水 平移动。

进一步，还包括风压测量模块、风压补偿模块和输出单元，所述风压测量模块设置在风 洞中，用于测量风洞风场的风压参数；所述风压补偿模块和输出单元分别设置在测风激光雷 达上；所述风压测量模块和风压补偿模块与输出单元相连接，并通过通信天线发送至指定终 端；所述风压补偿模块与风压测量模块相连，并根据风压参数对测风激光雷达测量的轴向风 速进行补偿。

本发明还利用上述的探测系统实施的探测方法，具体包括如下步骤：

S1、将测风激光雷达设置在风洞中，并初始化测风激光雷达；

S2、利用风压测量模块测量风洞风场的风压参数；

S3、利用测风激光雷达发射激光波束，并在小范围做圆锥或扇形扫描，以获取风洞风 场的轴向风速；

S4、利用风压补偿模块根据步骤S2得到的风压参数对步骤S3得到的轴向风速进行补偿，进而得到测风激光雷达上空局部范围的风场剖面参数；

S5、利用输出单元将步骤S4得到的风场剖面参数进行编码，并通过通信天线发送至 指定终端。

优选的，在步骤S3中，根据风洞风场中气溶胶粒子的后向散射回波与本地激光做相干处 理，得到回波的多普勒频移，进而得到轴向风速。

本发明的有益效果是：