[實(shí)用新型]一種超高速飛行器飛行姿態(tài)及表面溫度測(cè)量的系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202020221507.0
• 申請(qǐng)日: 2020-02-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN211855419U
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛志亮;吳學(xué)成;周永剛;吳迎春;姚龍超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D21/02
• 分類號(hào): G01D21/02
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 顏果

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種超高速飛行器飛行姿態(tài)及表面溫度測(cè)量的系統(tǒng)，屬于超高速飛行器試驗(yàn)參數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，包括：激光器，用于照亮超高速飛行器；準(zhǔn)直擴(kuò)束裝置，用于提高光源的均勻性；超高速飛行器，模擬火箭外形；第一分束鏡，用于將超高速飛行器信號(hào)光分為兩束，一束被飛行器姿態(tài)測(cè)量模塊接收，一束被飛行器表面溫度測(cè)量模塊接收；飛行器姿態(tài)測(cè)量模塊，用于接收激光器照射飛行器后發(fā)出的信號(hào)光，并測(cè)量飛行器的姿態(tài)參數(shù)；飛行器表面溫度測(cè)量模塊，用于接收超高速飛行器頭部被氣動(dòng)加熱后的輻射光，并測(cè)量飛行器表面溫度；時(shí)序控制模塊，用于控制激光器出光及接收信號(hào)光的CCD同步曝光；計(jì)算模塊，得到飛行器的姿態(tài)參數(shù)和表面溫度。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及超高速飛行器試驗(yàn)參數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種超高速飛行器飛行姿態(tài)及表面溫度測(cè)量的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，飛行器的速度越來(lái)越高，往返太空的頻次增加。超高速飛行器的外形是經(jīng)過(guò)精確設(shè)計(jì)的，不同姿態(tài)下的空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)有較大的差異。發(fā)展飛行器姿態(tài)測(cè)量技術(shù)，模擬空間環(huán)境，開(kāi)展超高速飛行器地面試驗(yàn)，對(duì)飛行器的設(shè)計(jì)及姿態(tài)控制具有重要意義。飛行器超高速飛行時(shí)，由于高速氣流在飛行器表面的粘性滯止而產(chǎn)生大量的摩擦熱，形成對(duì)表面的氣動(dòng)加熱，使得飛行器表面的溫度升高。氣動(dòng)加熱可使飛行器表面溫度達(dá)上千攝氏度，這直接涉及到飛行器防熱層的燒蝕，影響飛行器的戰(zhàn)術(shù)性能和生存能力。發(fā)展超高速飛行器表面溫度測(cè)量技術(shù)，探討飛行器表面溫度的分布，這是進(jìn)行防熱設(shè)計(jì)的前提。

目前超高速飛行器姿態(tài)測(cè)量技術(shù)有激光陰影成像和雙目視覺(jué)定位技術(shù)。激光陰影成像法是在實(shí)驗(yàn)艙布置正交陰影測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量飛行器在水平和垂直方向的投影，從而計(jì)算飛行器的姿態(tài)。雙目視覺(jué)定位技術(shù)是采用兩個(gè)相機(jī)從兩個(gè)角度記錄飛行器的圖像，基于前期的標(biāo)定函數(shù)解算飛行器的姿態(tài)。超高速飛行器表面溫度測(cè)量主要是紅外測(cè)溫儀，測(cè)量飛行器表面的紅外輻射特性，計(jì)算溫度分布，技術(shù)較成熟，但價(jià)格昂貴，分辨率低。

為了研制新型超高速飛行器，提高我國(guó)的航空航天水平，開(kāi)展超高速自由飛試驗(yàn)是必須的，試驗(yàn)中飛行器的姿態(tài)和表面溫度是反映目標(biāo)飛行狀態(tài)和性能的重要參數(shù)，獲得這些參數(shù)對(duì)分析目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及空氣動(dòng)力學(xué)特性具有重要意義。

對(duì)高速飛行器的表面溫度可以通過(guò)傳感器進(jìn)行測(cè)量，如公告號(hào)為CN201716128U的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)的一種高速飛行器外表面溫度測(cè)量裝置；公布號(hào)為CN102353469A的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)的一種高速飛行器外表面高溫在線測(cè)量裝置及其制備和測(cè)量方法。通過(guò)傳感器測(cè)量只能對(duì)表面溫度進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量，無(wú)法與飛行器姿態(tài)進(jìn)行結(jié)合。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的為提供一種超高速飛行器飛行姿態(tài)及表面溫度測(cè)量的系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)超高速飛行器高分辨率全息圖像及熱輻射圖像的同時(shí)記錄，獲得飛行器的三維運(yùn)動(dòng)速度、俯仰角、偏航角、旋轉(zhuǎn)速度及表面溫度分布，可以準(zhǔn)確的表征飛行器的氣動(dòng)特性及熱防護(hù)性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的超高速飛行器飛行姿態(tài)及表面溫度測(cè)量的系統(tǒng)包括：

激光器，用于照亮超高速飛行器；

準(zhǔn)直擴(kuò)束裝置，設(shè)于所述激光器的出射光路上，用于提高光源的均勻性，擴(kuò)大光束直徑；

超高速飛行器，模擬火箭外形，其頭部被氣動(dòng)加熱；

第一分束鏡，用于將超高速飛行器信號(hào)光分為兩束，一束被飛行器姿態(tài)測(cè)量模塊接收，一束被飛行器表面溫度測(cè)量模塊接收；

飛行器姿態(tài)測(cè)量模塊，用于接收激光器照射飛行器后發(fā)出的信號(hào)光，并測(cè)量飛行器的姿態(tài)參數(shù)；

飛行器表面溫度測(cè)量模塊，用于接收超高速飛行器頭部被氣動(dòng)加熱后的輻射光，并測(cè)量飛行器表面溫度；

時(shí)序控制模塊，用于控制激光器出光及接收信號(hào)光的CCD同步曝光。