[發明專利]一種風洞分離模擬實驗系統和方法

無效

• 申請號: 201410443874.4
• 申請日: 2014-09-03
• 公開（公告）號: CN104180965A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 劉巍;尚志亮;賈振元;馬鑫;李肖;王爭取;魯文博
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01M9/02
• 分類號: G01M9/02;G01M9/04
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發明屬于風洞實驗技術領域，涉及一種適用于風洞環境中外載物模型分離過程測量的模擬實驗系統和方法。

背景技術

飛行器在高速飛行，存在多體干擾現象，即外載物或負載物與載機間的相互氣動干擾。在特定情況下，外載物或負載物需與載機分離，由于它們彼此非常靠近，高速飛行時，分離時間極短，各分離體間相對運動產生急劇變化，氣動力間耦合將更加劇烈，極易引起分離體間的運動干涉發生碰撞，造成嚴重后果。因此在設計過程中進行風洞模擬分離試驗對分離過程進行測量是保證飛行器安全的必要步驟，其中分離模擬實驗系統能否模擬真實分離狀態并對分離過程進行有效測量是風洞模擬分離實驗可信度的重要依據。在風洞復雜環境下，由于模型縮比、尺寸以及系統響應時間等限制因素，如何進行高度模擬風洞分離實驗仍是需要解決的主要難題。

目前，對于風洞分離模擬實驗系統的研究相對較少，多為投放分離裝置的研究，Rudy?A.Johnson，Michael?J.Stanek等人在2008年AIAA第46次會議中發表的《Store?Separation?Trajectory?Deviations?Due?to?Unsteady?Weapons?Bay?Aerodynamics》中提出了利用雙彈簧加載的分離方案，Nathan?E?M,Bernard?J?J,Li?C?G等人在2009年AIAA第47次會議中發表的《Measurement?of?store?separation?dynamics》提出了一種依靠雙氣缸加載的分離方案。這兩種方案均能成功分離外載物，但很難應用于目前對分離過程有嚴格要求的分離場合，并不具有對分離過程進行測量的能力。

發明內容

本發明要解決的技術難題是克服現有技術的缺陷，發明一種風洞分離模擬實驗系統，采用爆炸螺栓與機械同心滑軌裝置配合，通過助投器施加作用力完成外載物與母機分離，高速視覺裝置對分離過程進行測量。采用爆炸螺栓作為緊固構件，具有較高的力學性能與可靠性，保證分離系統安全可靠，助投器配合機械同心滑軌裝置可在承受大馬赫數恒風載的情況下控制分離體分離參數，高速視覺裝置頻響高使得分離實驗實時可測。本分離系統具有高可靠性、魯棒性，并可控制分離初始角度、分離角度、分離速度、分離角速度等分離過程參數，具有分離時與分離后全程可測的能力。

本發明所采用的技術方案是一種風洞分離模擬實驗方法，其特征是，該方法由分離模擬實驗準備、模擬分離動作及測量設備觸發過程、進行高速視覺測量三部分組成；方法的具體步驟如下：

(1)分離模擬實驗準備

模擬分離動作采用爆炸螺栓與機械同心滑軌裝置共同作用緊固分離體模型，機械同心滑軌裝置3分為安裝于分離體模型2上的強化限位同心滑塊7以及固定于分離懸掛架10上的同心滑道8，滑塊滑道配合允許分離體模型沿滑道方向運動，分離體通過機械同心滑軌裝置安裝，并通過爆炸螺栓固定位置調整分離物安裝角度；根據實驗分離角度、分離角速度與分離速度要求調整助投器給分離體模型施加不同投放力使模型在滑道加速后達到規定分離要求；

(2)模擬分離動作及測量設備觸發

模擬分離設備各部件動作順序為：A)打開助投器4氣源通過助投氣缸11給分離體施加預投力；B)爆炸螺栓1接收觸發信號引爆，解除分離體運動限制；雙目高速視覺攝像機6與爆炸螺栓1同步接收觸發信號開始分離過程拍攝；C)在助投力作用下，分離體開始沿機械同心滑軌裝置滑道加速運動；D)當機械同心滑軌裝置3相對運動達到設定分離位置，分離體從設備中完全分離；E)雙目高速視覺攝像機6完成全過程拍攝后，關閉拍攝功能；

(3)雙目高速視覺測量

采用雙目高速視覺測量方式對分離體分離全過程運動參數進行測量；采用已標定好的雙目高速攝像機視覺，已知雙目攝像機內、外參數；然后進行分離體特征標記的運動全程拍攝，獲得分離體特征標記運動圖像；對特征標記圖像進行處理，分割分離體特征標記信息，提取其標記相面坐標，進行左、右高速攝像機對應標記匹配，重建出標記三維坐標，根據各標記三維坐標以及各特征標記位于分離體位置信息，得到分離體分離運動全程位姿信息以及速度、加速度等運動參數。