[發明專利]一種超聲速風洞流場多相機三維標定裝置及方法

在審

• 申請號: 202011601025.9
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112577697A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 李曉輝;王宏偉;黃湛;石偉龍;于靖波
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01M9/04
• 分類號: G01M9/04;G01P5/00
• 代理公司: 北京八月瓜知識產權代理有限公司 11543
• 代理人: 李斌

本發明提供了一種超聲速風洞流場多相機三維標定裝置，包括：粒子儲存罐以及風洞試驗段；所述粒子儲存罐與所述風洞試驗段之間通過高壓管路連接；所述風洞試驗段包括殼體、激光器以及鏡組，所述鏡組包括反射鏡、橫向半透半反鏡、縱向半透半反鏡；沿著所述激光器的發射方向，依次設置有縱向半透半反鏡和反射鏡，所述反射鏡的同一水平面上設置有橫向半透半反鏡；所述縱向半透半反鏡垂直于所述殼體的側面，所述橫向半透半反鏡垂直于所述殼體的頂面；兩組所述半透半反鏡與所述反射鏡之間的夾角為90°。本發明提供的一種超聲速風洞流場多相機三維標定裝置，很好的解決了超聲速多相機標定的難題。

技術領域

本發明涉及航空航天試驗技術領域，尤其是涉及一種超聲速風洞流場多相機三維標定裝置及方法。

背景技術

隨著試驗流體力學的發展，精確的速度測量對于理解流動機理、分析飛行器及其各部件的氣動特性起到了十分重要的作用。在速度場測量當中，最重要的一步就是標定，目前普遍采用的是靜態標定方法。這種方法在低速流場及單相機標定中是適用的。但是對于多相機標定獲取超聲速三維速度場時，靜態標定方法不適用，一則多相機標定時，所有相機同流場都具有一定的角度，不再垂直于拍攝區域；二則一旦流場速度達到超聲速及高超聲速，此時光線在穿過流場時就會發生折射，導致在相機芯片上的成像點有一定的偏移量。

因此對于超聲速流場的多相機標定，需要進行動態標定，但是又要保證標定時不能影響流場本身的流動，故不可能在風洞中放置實體進行動態標定，而目前尚未有方法能夠解決該問題。

發明內容

本發明提供了一種超聲速風洞流場多相機三維標定裝置及方法，旨在解決背景技術中的問題。

本發明提供了一種超聲速風洞流場多相機三維標定裝置，包括：粒子儲存罐以及風洞試驗段；所述粒子儲存罐與所述風洞試驗段之間通過高壓管路連接；所述風洞試驗段包括殼體、激光器以及鏡組，所述鏡組包括反射鏡、橫向半透半反鏡、縱向半透半反鏡；沿著所述激光器的發射方向，依次設置有縱向半透半反鏡和反射鏡，所述反射鏡的同一水平面上設置有橫向半透半反鏡；所述縱向半透半反鏡垂直于所述殼體的側面，所述橫向半透半反鏡垂直于所述殼體的頂面；兩組所述半透半反鏡與所述反射鏡之間的夾角為90°。

進一步地，所述殼體的頂面安裝有透明頂窗，所述橫向半透半反鏡垂直于所述透明頂窗；所述殼體的頂面安裝有透明側窗，所述縱向半透半反鏡垂直于所述透明側窗。

設置透明頂窗和透明側窗的效果在于，橫向半透半反鏡和縱向半透半反鏡折射后的激光能夠通過透明窗戶射入到風洞試驗段內，為激光對粒子的照射提供條件。

進一步地，所述風洞試驗段還包括相機；所述相機位于所述橫向半透半反鏡的上部；所述相機的數量為4個。

設置相機的效果在于，相機能夠對充滿粉末粒子的流場空間進行照明，并拍攝該截面位置的激光線陣圖，得到最終的真實狀態下的激光線陣網格節點的圖像。

進一步地，所述標定裝置還包括高壓氣源；所述高壓氣源與所述粒子儲存罐之間通過高壓管路連接。

設置高壓氣源的效果在于，高壓氣源提供高壓氣，在高壓氣的作用下，粒子隨氣流流向風洞試驗段，而后在主流的作用下，充滿整個風洞，用于后續的激光線陣的散射照明。

一種超聲速風洞流場多相機三維標定方法，包括以下步驟：

(1)完成超聲速風洞流場多相機三維標定裝置的組裝；

(2)在粒子儲存罐內存固體粉末，打開高壓氣源，將固體粉末充滿整個風洞試驗段；

(3)打開激光發射器，激光發射器發射的激光依次縱向半透半反鏡、反射鏡以及橫向半透半反鏡；

(4)啟動風洞達到高超聲速狀態，利用相機對充滿粉末粒子的流場空間進行照明，并拍攝該截面位置的激光線陣圖，得到最終的真實狀態下的激光線陣網格節點的圖像；