[发明专利]一种用于测量风洞试验中大型舰船舰面流场的系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于测量风洞试验中大型舰船舰面流场的系统及方法，所述系统在步进电机固定框正面安装霍尔元件，电机转盘上固定有小磁钢。当舰船横纵摇系统运转起来，小磁钢离离霍尔元件最近时，霍尔元件获得电信号并传输给同步器，作为粒子图像测速系统的拍摄的触发信号。同步器控制激光发射器发射一束激光，照射在远处的反光镜上，该束激光发生方向偏转，并通过圆形玻璃棒获得一个面激光，照亮所需要研究的流场截面。该特殊光路摆脱了激光发生器的尺寸限制以及风洞结构带来的空间限制，同时避免了激光发射器对于风场的影响。本发明的测量系统及方法能够对运动周期内舰船模型某一姿态下的截面进行精确地定位锁相拍摄，获得舰船表面的流场特性。

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，具体是一种用于测量风洞试验中大型运动舰船舰面流场的系统及方法；

背景技术

我国拥有面积广阔的领海以及相应绵长的海岸线，南北跨距大、海防力量不易到位，因此发展航空母舰与两栖攻击舰具有极大意义。两栖攻击舰主要负责大型运输、武装攻击、武装登录等任务，其中以母舰甲板为起降平台的两栖攻击舰舰载机作为先锋官与机动部队，在执行任务中起到了关键作用。但由于舰船甲板空间狭小，同时海况复杂，舰船会经历复杂的摇晃过程，其特有的起降环境会使得舰载机的操纵性受到严峻考验；舰船复杂的运动、来流的变化以及舰面复杂的建筑会使得舰面流场复杂危险，进而危害到舰载机起降时的安全，所以开展舰面流场研究是至关重要的。

尽管近年来对舰船流场的研究越来越广泛，但是由于舰船流场研究的特殊性，大多数的研究停留在数值计算方面，并且对于舰船在海上横摇、纵摇运动时的流场变化的研究还是比较少的。目前传统的舰船模型流场测量试验中，使用的均为静态的小型舰船模型，无法实现大型舰船的动态舰船舰面流场测量。而针对在大型舰船的动态舰船舰面流场测量会遇到许多问题，如：由于风洞实验段与舰船模型尺寸较大，而粒子图像测速设备无法内置于风洞中，外置的激光控制与发生装置受光导臂的限制无法正确照射；在大型舰船模型运动时，舰船姿态角与粒子图像测速拍摄无法同步触发，导致拍摄的数据无法与理想情况对应；在风洞试验时间紧、实验任务重的情况下减少实验车次，完成实验并达到流场测量的实验目的；对于大型动态舰船模型特殊的姿态角如何拍摄。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于测量风洞试验中大型运动舰船舰面流场的系统及方法，该方法克服了风洞实验中光路限制、同步触发、姿态定位以及一风多测等时空限制，实现对风洞试验中的大型舰船舰面流场进行测量。

本发明的测量系统主要与申请号为2019110749419的中国发明专利申请所公开的一种用于风洞试验的舰船姿态动态模拟系统相配合使用。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于测量风洞试验中大型舰船舰面流场的系统，包括舰船模型、运动控制子系统和粒子图像测速组件。所述运动控制子系统包括电机组件，所述电机组件包括步进电机、U槽轴承和电机转盘，所述电机转盘中心开孔以安装在所述步进电机的转轴上，在距所述中心孔一定距离开设槽孔以安装U槽轴承。所述粒子图像测速组件包括霍尔元件、小磁钢、激光发射器、反光镜、圆柱玻璃棒、CCD相机、同步器、粒子图像处理系统。所述小磁钢分布在所述电机转盘内侧的同一圆周上，所述霍尔元件固定在步进电机固定框上，所述霍尔元件正对分布有小磁钢的圆周。所述CCD相机、激光发射器均与同步器连接，所述反光镜位于激光发射器发射的光路上，所述反光镜将激光反射至舰船模型方向。所述圆柱玻璃棒位于舰船模型尾部，所述圆柱玻璃棒将反光镜反射过来的束激光散射成为面激光；所述CCD相机用于拍摄舰船模型舰面。

进一步的，所述小磁钢根据需要拍摄的相位布置，所述电机转盘转动时，小磁钢在一定时间内正对霍尔元件。

进一步的，所述霍尔元件为单极性霍尔元件，用于输出电信号。

一种采用上述测量系统进行测量的方法，包括以下步骤：