[发明专利]一种抗强电磁干扰的附面层摩擦阻力测量装置与方法

权利要求书

1.一种抗强电磁干扰的附面层摩擦阻力测量装置，其特征在于，包括悬线、待测阻力平板、反光镜、点激光源、相机和白板；其中

待测阻力平板处于吊挂状态，其重力与悬线拉力平衡，构成可以在水平方向做自由小幅度运动的单摆系统；待测阻力平板的下表面与与风洞顶壁下表面平齐，保证湍流边界层从上游往下游运动过程中，受到的干扰最小；在右侧悬线的中部，黏贴有一个轻质的反光镜，镜面的角度与悬线角度保持一致；由点激光源发出的激光束经过反光镜反射后，投影到垂直放置的白板上；数码相机的镜头大致正对着白板上的激光束投影位置，数码相机起到记录垂直白板上激光位置变化的作用。

2.一种抗强电磁干扰的附面层摩擦阻力测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：在没有风的情况下，打开整个测量系统，此时悬线自然竖直下垂，激光光束按照“无风状态”进行传播，用相机记录激光光斑在平板上的位置，用“A”标识；

步骤2：运行风洞；由于湍流摩擦阻力的作用，待测阻力平板将会整体向右侧运动，导致悬线和反光镜向右摆动，这将使激光束方向上偏；

步骤3：用相机记录“有风状态”下的激光光斑位置；理论上，“有风状态”下的激光光斑位置将位于“无风状态”的上部，其位置用“B”进行标识；光斑A和B之间的竖直距离Δy跟反光镜的角度变化呈正比，而反光镜的角度变化又与待测阻力平板向右偏离的位置呈正比，故光斑位移能够反映待测平板所受附面层摩擦阻力f大小；

步骤4：对附面层摩擦阻力f与光斑位置Δy之间的关系进行数学推导，根据光路参数计算准确的摩擦阻力数值；给出附面层湍流摩擦阻力f的近似数学表达式如下：

其中，m为待测阻力平板的质量；g为重力加速度；L为反光镜至平板之间的距离。

3.如权利要求2所述的抗强电磁干扰的附面层摩擦阻力测量方法，其特征在于，在平板重力mg和摩擦阻力f不变的情况下，通过增大反光镜与平板距离L的方式来提高Δy；因为相同摩擦阻力f下的光斑位移Δy代表系统的灵敏度，所以灵敏度方便调节。

4.如权利要求2所述的抗强电磁干扰的附面层摩擦阻力测量方法，其特征在于，若光斑位移范围Δy保持不变，通过增大平板重力mg的方式来扩大可测量的摩擦阻力f范围。

5.一种抗强电磁干扰的附面层摩擦阻力测量装置，其特征在于，包括悬线、待测阻力平板和相机；其中

待测阻力平板处于吊挂状态，其重力与悬线拉力平衡，构成可以在水平方向做自由小幅度运动的单摆系统；待测阻力平板的下表面与与风洞顶壁下表面平齐，保证湍流边界层从上游往下游运动过程中，受到的干扰最小；数码相机的镜头大致正对着观测待测阻力平板右端与风洞顶壁之间的缝隙，数码相机起到记录待测阻力平板右端与风洞顶壁之间的缝隙宽度的作用。

6.如权利要求5所述的抗强电磁干扰的附面层摩擦阻力测量装置，其特征在于，相机头部安装有微距镜头，达到放大和测量缝隙宽度的作用。

7.一种抗强电磁干扰的附面层摩擦阻力测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：在没有风的情况下，打开整个测量系统，此时悬线自然竖直下垂，用相机记录平板右侧边缘所处的位置，用“A”标识；

步骤2：运行风洞；由于湍流摩擦阻力的作用，待测阻力平板将会整体向右侧运动，用相机记录“有风状态”下的平板边缘的位置，用“B”标识；

步骤3：根据相机图像的放大倍数，计算AB两条线之间的水平距离Δx，即平板的位移；摩擦阻力越大，平板的位移就越大，故Δx能够反映平板所受摩擦阻力f的大小；

步骤4：对附面层摩擦阻力f与光斑位置Δx之间的关系进行数学推导，根据单摆运动理论计算准确的摩擦阻力数值；给出附面层湍流摩擦阻力f的近似数学表达式如下：

其中，m为待测阻力平板的质量；g为重力加速度；H代表悬线的长度；分析知，增加悬线的长度或者采用高分辨相机能够提升所述方法的灵敏度，调节待测平板的质量mg能够改变阻力测量的有效范围。