[发明专利]用于风洞和自由射流试验的近场照明辅助高速摄像装置

说明书

本发明公开了用于风洞和自由射流试验的近场照明辅助高速摄像装置，高速摄像模块、可调节固定支架模块、近场照明模块置于风洞、自由射流试验台内部。所述高速摄像模块包括高速摄像机(116)、密封防护金属箱(101)，所述高速摄像机(116)放置于所述密封防护金属箱(101)内，所述密封防护金属箱(101)一个侧面采用光学玻璃(105)，用于通过观测光路，所述密封防护金属箱(101)通过冷却氮气管(110)与冷却氮气源(210)连通。所述近场照明模块除将所述高速摄像模块中的高速摄像机(116)替换为LED防爆灯具外，其余与所述高速摄像模块结构相同。控制模块通过电缆(111)与高速摄像模块(206)、近场照明模块(207)相连接。本发明提升了高速摄像的拍摄帧频，提高了观测时间分辨率和影像质量。

技术领域

本发明涉及一种适用于风洞试验和自由射流试验的耐真空环境近场照明辅助高速摄像方法，属于航空航天飞行器技术领域的试验测量技术。

背景技术

在飞行器研制过程中，经常需要开展风洞和自由射流试验，即在地面管道中，按照相对运动原理和流体力学相似准则，模拟飞行器在高空飞行时与气流的相对高速度、低气压等环境要素，用于研究飞行器与气流的相互作用。

近年来，风洞试验、自由射流试验的一个重要应用是研究飞行器执行多体分离动作过程中的分离部件运动轨迹的动态变化规律。这些部件在高速分离过程中的运动速度极快，通常在几毫秒内即完成分离动作。在如此短的时间内，需要获得活动分离部件的速度、角速度等信息，或者通过纹影法观测流场结构，都需要运用每秒拍摄帧数在200～5000帧的高速摄像机进行观测。

高速摄像机对成像区域的照明条件有很高要求，通常照度越高，能够达到的帧频越高，测量精度也越高；但在风洞和自由射流试验中，试验设施自身配置的普通照明设备通常难以满足1000帧/秒以上高速摄像的曝光要求；必须采用专用的高亮度辅助照明设备，提供高速摄像所需要的照度条件。然而，带有辅助照明设备的高速摄像系统布设需要占用较大的观测空间，且对相对位置有一定要求，风洞、自由射流试验设施现有的观察窗尺寸较小，一般很难容纳；同时，市场上普通摄像辅助照明设备、高速摄像机本身，在耐真空性能(0.1个大气压以下)、耐高低温性能(-50℃以下低温、150℃以上高温)、长时间工作内部热控(100秒以上长时点亮工作)等方面不能适应风洞或者自由射流试验台内部工作要求，也不能直接置于风洞试验内部进行近场补光。

因此，通过风洞试验、自由射流试验开展飞行器多体分离过程研究，在现有条件下，带有辅助照明设备的高速摄像系统既无法通过观察窗在试验设施外部进行观测，也难以直接置于风洞试验设施内部；只能采取无照明的高速摄像机在试验设施外部通过观察窗口进行观测，限制了高速摄像观测的帧频(一般无辅助照明情况下，记录帧频不超过500帧/秒)，严重情况下可能导致无法精确捕获分离部件在关键时刻点的状态信息，影响试验目的达成。

发明内容

本发明目的在于提供一种适用于风洞试验和自由射流试验的耐真空环境近场照明辅助高速摄像装置。

为实现本发明目的，本发明提供的用于风洞和自由射流试验的近场照明辅助高速摄像装置采取技术方案如下：

所述装置包括高速摄像模块、可调节固定支架模块、近场照明模块和控制模块，所述高速摄像模块、可调节固定支架模块、近场照明模块置于风洞、自由射流试验台内部，所述控制模块布设在风洞和自由射流试验台外部，

所述高速摄像模块包括高速摄像机、密封防护金属箱，所述高速摄像机放置于所述密封防护金属箱内，所述密封防护金属箱一个侧面采用光学玻璃，用于通过观测光路，所述密封防护金属箱通过冷却氮气管与冷却氮气源连通；

所述可调节固定支架模块用于调节所述高速摄像模块的相对高度和俯仰、偏航角度；

所述近场照明模块的结构除将所述高速摄像模块中的高速摄像机替换为LED防爆灯具外，其余结构相同；