[發明專利]一種基于持續煙線的空間流場自動化測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201610938478.8
• 申請日: 2016-10-25
• 公開（公告）號: CN106568386B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 魏德宸;史志偉;周志鵬;宋天威;蔣旋
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種基于持續煙線的空間流場自動化測量裝置，包括風洞、實驗物體，所述的實驗物體位于風洞的出口處前方，實驗物體上方安裝有三維物體掃描裝置；所述的風洞出口處以及實驗物體之間安裝自動給絲裝置以及持續煙線發生裝置；所述的風洞的側面安裝有片光源激光自動定位裝置；所述的實驗物體后方安裝有圖像記錄裝置；還包括智能中央控制系統；本發明還公開了自動化測量裝置的測量方法；該方法能夠實現持續發煙，實現機構運行自動化；同時基于持續煙線的空間流場測量全過程在智能中央控制系統的控制下自動化實現，避免人工操作，提高工作效率。

技術領域

本發明涉及一種流場顯示實驗裝置，具體講是一種基于持續煙線的空間流場自動化測量裝置及測量方法。

背景技術

為了認識流動現象的基本實質，對流場結構的研究是必不可少的。其研究方法可分為三類：實驗、理論分析和數值計算。其一，理論分析是指通過實驗或觀察，抽象得出近似的理論模型，能夠用數學方法揭示問題的內在規律。然而，由于理論模型抽象的簡化和數學發展水平的限制，運用理論分析對解決復雜的實際問題存在不足。其二，隨著計算機性能的進步和不斷發展的計算方法，數值計算能對越來越多的流動現象進行模擬模擬，精度也在不斷提高；但是，數值計算的方法可靠性較差，模擬結果不一定與真實流場結構吻合，因此在實際運用過程中也存在諸多弊端。其三，通過實驗研究方法得到的結果準確可靠，相對于以上兩種方法具體優勢，但實驗研究的方法對實驗條件要求較高，且往往耗費大量的人力物力，限制了實驗研究方法的廣泛運用，因此發展合適的實驗裝置對實驗研究具有重要的意義。

煙線流場顯示作為常用的流場顯示方式之一，可用于觀察煙流繞流，顯示跡、流動分離等。現有的顯示方式還有油流法、絲線法等，但是這些方法只能顯示壁面流動的流動顯示技術，其相較油流法、絲線法，煙線流場顯示具有可呈現空間結構的特點；同時相對于PIV粒子圖像測速、紋影法可顯示空間區域的方式，煙線流場顯示又有著對設備要求簡單、裝置價格低的優點。然而，傳統的煙線流場顯示方法在實驗前需要人工涂抹煙線，主要是利用粘度較大的甘油或石蠟油在煙線上結成的小液珠進行加熱產生煙流，操作繁瑣且流場顯示時間短，人工涂抹發煙劑引起的流場顯示時間較短(單次涂抹的小液珠消耗時長為2min以內)；又因為單根煙線的顯示范圍有限，故需要人為調節煙線數目和間距；同時為了得到三維空間結構，需測量多個片光區域，人為給定測量截面；這些都不可避免地增加了眾多的人工步驟，不利于實現自動化測量，提高工作效率。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提供一種基于持續煙線的空間流場自動化測量裝置及測量方法，克服了目前的傳統煙線持續時間短、人工操作環節多的弊端，實現了自動化工作以及持續發煙。

本發明是這樣實現的，一種基于持續煙線的空間流場自動化測量裝置，包括風洞、實驗物體，所述的風洞的出口處前方設置有實驗物體，實驗物體上方安裝有三維物體掃描裝置；所述的風洞出口處以及實驗物體之間安裝自動給絲裝置以及持續煙線發生裝置；所述的風洞的側面安裝有片光源激光自動定位裝置；所述的實驗物體后方安裝有圖像記錄裝置；還包括智能中央控制系統。

進一步，所述的三維物體掃描裝置包括CCD相機和數字投影儀；打開數字投影儀，其不需另加光學系統結構制作光柵，通過軟件編碼技術直接投射出經過設計的光柵；照射到實驗物體上時，光柵隨著物體表面產生變形；CCD相機獲取變形光柵圖像，將數據傳送到智能中央控制系統，依據一定的算法可得到實驗物體的幾何尺寸；軟件編碼技術是基于編碼結構光法對實驗物體進行三維數字化重建，根據物體的實際尺寸，自動計算出所需煙線和激光片光截面的數目和位置，以指導后續其他裝置的自動化測量，提高工作效率。

進一步，所述的自動給絲裝置包括坐標架、電動夾、滑塊、運動控制器、卷簧、頂塊、煙線收納盒和懸掛桿；該裝置能實現自動供給所需數目的煙線，并定位于指定位置。這使得流場顯示區域可根據掃描得到的物體幾何尺寸的不同，而隨之自動擴展，不需人工進行煙線組的布置。